KR102671265B1 - Staircase structure and method of forming 3D memory device - Google Patents
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Abstract
계단실 구조를 갖는 3D 메모리 디바이스 및 그 제조 방법에 관한 실시예가 개시된다. 일 예에서, 3D 메모리 디바이스는 메모리 어레이 구조와 이 메모리 어레이 구조의 중간에서 메모리 어레이 구조를 제1 메모리 어레이 구조 및 제2 메모리 어레이 구조로 측방향으로 분할하는 계단실 구조를 포함한다. 계단실 구조는 제1 계단실 구역 및 제1 메모리 어레이 구조와 제2 메모리 어레이 구조를 연결하는 브리지 구조를 포함한다. 제1 계단실 구역은 제1 측방향으로 그리고 상이한 깊이로 마주보는 제1 쌍의 계단실을 포함한다. 각 계단실은 복수의 계단을 포함한다. 제1 쌍의 계단실의 적어도 하나의 계단은 브리지 구조를 통해 제1 메모리 어레이 구조 및 제2 메모리 어레이 구조 중 적어도 하나에 전기적으로 연결된다.Embodiments related to a 3D memory device having a staircase structure and a manufacturing method thereof are disclosed. In one example, the 3D memory device includes a memory array structure and a staircase structure that laterally divides the memory array structure into a first memory array structure and a second memory array structure intermediate the memory array structure. The stairwell structure includes a first stairwell section and a bridge structure connecting the first memory array structure and the second memory array structure. The first stairwell zone comprises a first pair of stairwells opposite each other in a first side direction and at different depths. Each staircase includes a plurality of stairs. At least one staircase of the first pair of staircases is electrically connected to at least one of the first memory array structure and the second memory array structure through a bridge structure.
Description
본 개시의 실시예들은 3차원(3D) 메모리 디바이스 및 그 제조 방법에 관한 것이다.Embodiments of the present disclosure relate to three-dimensional (3D) memory devices and methods of manufacturing the same.
평면 메모리 셀은 프로세스 기술, 회로 설계, 프로그래밍 알고리즘 및 제조 프로세스을 개선함으로써 더 작은 크기로 축소되고 있다. 그러나, 메모리 셀의 피처 크기(feature size)가 하한에 도달함에 따라, 평면 프로세스 및 제조 기술이 까다로워지고 비용도 늘어난다. 그 결과, 평면 메모리 셀의 메모리 밀도는 상한에 도달한다.Planar memory cells are being scaled down to smaller sizes through improvements in process technology, circuit design, programming algorithms and manufacturing processes. However, as the feature size of memory cells reaches its lower limit, planar processes and manufacturing techniques become more challenging and more expensive. As a result, the memory density of planar memory cells reaches its upper limit.
3D 메모리 아키텍처는 평면 메모리 셀의 밀도 제한을 해결할 수 있다. 3D 메모리 아키텍처는 메모리 어레이 및 이 메모리 어레이와 주고받는 신호를 제어하기 위한 주변 디바이스를 포함한다.3D memory architecture can solve the density limitations of planar memory cells. The 3D memory architecture includes a memory array and peripheral devices for controlling signals exchanged with the memory array.
계단실 구조(staircase structures)를 갖는 3차원 메모리 디바이스 및 이를 형성하는 방법에 대한 실시예가 본 명세서에 개시된다.Embodiments of three-dimensional memory devices with staircase structures and methods of forming the same are disclosed herein.
일 예에서, 3D 메모리 디바이스는 메모리 어레이 구조와 이 메모리 어레이 구조의 중간에서 메모리 어레이 구조를 제1 메모리 어레이 구조 및 제2 메모리 어레이 구조로 측방향으로 분할하는 계단실 구조를 포함한다. 계단실 구조는 제1 계단실 구역 및 제1 메모리 어레이 구조와 제2 메모리 어레이 구조를 연결하는 브리지 구조를 포함한다. 제1 계단실 구역은 제1 측방향으로 그리고 상이한 깊이에서 마주보는 제1 쌍의 계단실을 포함한다. 각 계단실은 복수의 계단을 포함한다. 제1 쌍의 계단실의 적어도 하나의 계단은 브리지 구조를 통해 제1 메모리 어레이 구조 및 제2 메모리 어레이 구조 중 적어도 하나에 전기적으로 연결된다.In one example, the 3D memory device includes a memory array structure and a staircase structure that laterally divides the memory array structure into a first memory array structure and a second memory array structure intermediate the memory array structure. The stairwell structure includes a first stairwell section and a bridge structure connecting the first memory array structure and the second memory array structure. The first stairwell zone comprises a first pair of stairwells facing each other in a first side direction and at different depths. Each staircase includes a plurality of stairs. At least one staircase of the first pair of staircases is electrically connected to at least one of the first memory array structure and the second memory array structure through a bridge structure.
또 다른 예에서, 3D 메모리 디바이스는 메모리 어레이 구조와 이 메모리 어레이 구조의 중간에서 메모리 어레이 구조를 제1 메모리 어레이 구조 및 제2 메모리 어레이 구조로 측방향으로 분할하는 계단실 구조를 포함한다. 계단실 구조는 제1 계단실 구역 및 제1 메모리 어레이 구조와 제2 메모리 어레이 구조를 연결하는 브리지 구조를 포함한다. 제1 계단실 구역은 제2 측방향으로 복수의 구획(divisions)을 포함하는 제1 계단실을 포함한다. 각각의 구획은 제2 측방향에 수직인 제1 측방향으로 복수의 계단을 포함한다. 구획들 중 하나에 있는 계단은 구획들 중 다른 하나에 있는 두 계단 사이에 수직으로 있다. 제1 계단실의 적어도 하나의 계단은 브리지 구조를 통해 제1 메모리 어레이 구조 및 제2 메모리 어레이 구조 중 적어도 하나에 전기적으로 연결된다.In another example, a 3D memory device includes a memory array structure and a staircase structure that laterally divides the memory array structure into a first memory array structure and a second memory array structure midway therebetween. The stairwell structure includes a first stairwell section and a bridge structure connecting the first memory array structure and the second memory array structure. The first stairwell zone comprises a first stairwell comprising a plurality of divisions in a second lateral direction. Each section includes a plurality of steps in a first lateral direction perpendicular to the second lateral direction. A staircase in one of the compartments is vertically between two stairs in another of the compartments. At least one staircase of the first staircase is electrically connected to at least one of the first memory array structure and the second memory array structure through a bridge structure.
또 다른 예에서, 3차원 메모리 디바이스의 계단실 구조를 형성하는 방법이 개시된다. 수직으로 인터리브된 제1 재료 층 및 제2 재료 층을 포함하는 스택 구조의 중간에 제1 계단실 구역 및 제2 계단실 구역을 위한 개구(openings)를 포함하는 계단실 구역 마스크가 패터닝된다. 제1 및 제2 계단실 구역 각각에, 제1 측방향으로 동일한 깊이에서 서로 마주보는 적어도 한 쌍의 계단실이 형성되되, 제1 및 제2 계단실 구역 사이에서 제1 측방향에 수직인 제2 측방향으로 브릿지 구조가 형성된다. 제1 및 제2 계단실 구역 각각에서, 적어도 한 쌍의 계단실의 각 계단실은 상이한 깊이로 초핑된다(chopped).In another example, a method of forming a staircase structure of a three-dimensional memory device is disclosed. A stairwell zone mask is patterned including openings for the first stairwell zone and the second stairwell zone in the middle of a stacked structure comprising vertically interleaved first and second material layers. In each of the first and second stairwell zones, at least one pair of stairwells is formed opposite each other at the same depth in the first lateral direction, wherein a second lateral direction is perpendicular to the first lateral direction between the first and second stairwell zones. A bridge structure is formed. In each of the first and second stairwell zones, each stairwell of the at least one pair of stairwells is chopped to a different depth.
본 명세서에 포함되고 명세서의 일부를 형성하는 첨부 도면은 본 개시의 실시예를 예시하고, 더 나아가 상세한 설명과 함께 본 개시의 원리를 설명하고 당업자가 본 개시를 구성하고 사용할 수 있게 해주는 역할을 한다.
도 1은 계단실 구조를 갖는 3D 메모리 디바이스의 개략도를 도시한다.
도 2는 본 개시의 일부 실시예에 따른 계단실 구조를 갖는 예시적인 3D 메모리 디바이스의 개략도를 도시한다.
도 3은 본 개시의 일부 실시예에 따른 계단실 구조를 갖는 예시적인 3D 메모리 디바이스의 평면도이다.
도 4는 본 개시의 일부 실시예에 따른 3D 메모리 디바이스의 예시적인 계단실 구조의 상부 정면 사시도를 도시한다.
도 5a 내지 도 5f는 본 개시의 일부 실시예에 따른 3D 메모리 디바이스의 예시적인 계단실 구조를 형성하기 위한 다양한 예시적인 마스크를 도시한다.
도 6a 및 도 6b는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 3D 메모리 디바이스의 예시적인 계단실 구조를 형성하기 위한 제조 프로세스를 도시한다.
도 7a 내지 도 7d는 본 개시의 일부 실시예에 따른 계단실 구조에서 계단실을 상이한 깊이로 초핑하는 다양한 예시적인 방식을 예시한다.
도 8은 일부 실시예에 따른 3D 메모리 디바이스의 예시적인 계단실 구조를 형성하는 방법의 흐름도이다.
도 9는 일부 실시예에 따른 3D 메모리 디바이스의 예시적인 계단실 구조를 형성하기 위한 다른 방법의 흐름도이다.
본 개시의 실시예는 첨부된 도면을 참조하여 설명될 것이다.The accompanying drawings, which are incorporated into and form a part of this specification, illustrate embodiments of the present disclosure and, together with the detailed description, serve to explain the principles of the present disclosure and to enable those skilled in the art to make and use the disclosure. .
1 shows a schematic diagram of a 3D memory device with a staircase structure.
2 shows a schematic diagram of an example 3D memory device with a staircase structure according to some embodiments of the present disclosure.
3 is a top view of an example 3D memory device with a staircase structure according to some embodiments of the present disclosure.
4 shows a top front perspective view of an example stairwell structure of a 3D memory device according to some embodiments of the present disclosure.
5A-5F illustrate various example masks for forming example stairwell structures of a 3D memory device according to some embodiments of the present disclosure.
6A and 6B illustrate a manufacturing process for forming an example stairwell structure of a 3D memory device according to various embodiments of the present disclosure.
7A-7D illustrate various example ways to chop a stairwell to different depths in a stairwell structure according to some embodiments of the present disclosure.
8 is a flow diagram of a method for forming an example stairwell structure of a 3D memory device according to some embodiments.
9 is a flow diagram of another method for forming an example stairwell structure of a 3D memory device according to some embodiments.
Embodiments of the present disclosure will be described with reference to the attached drawings.
특정 구성 및 배열이 논의되지만, 이는 단지 예시적인 목적임을 이해하여야 한다. 통상의 기술자는 본 개시의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다른 구성 및 배열이 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 통상의 기술자에게는 본 개시가 다양한 다른 응용분야에서 이용될 수 있다는 것이 자명할 것이다. Although specific configurations and arrangements are discussed, it should be understood that this is for illustrative purposes only. Those skilled in the art will recognize that other configurations and arrangements may be used without departing from the spirit and scope of the present disclosure. It will be apparent to those skilled in the art that the present disclosure can be used in a variety of other applications.
명세서에서 "일 실시예", "실시예", "일 예시적 실시예", "일부 실시예" 등으로 언급된 것들은 설명된 실시예가 특정한 특징, 구조 또는 특성을 포함할 수 있다는 것을 나타내지만, 모든 실시예가 반드시 그러한 특정한 특징, 구조 또는 특성을 포함할 필요는 없다는 것을 주의하여야 한다. 더욱이, 그러한 문구들이 반드시 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다. 더 나아가, 특정한 특징, 구조 또는 특성이 실시예와 관련되어 설명될 때, 그러한 특징, 구조 또는 특성을 다른 실시예와 연계하여 달성하는 것은, 명시적으로 기술되었는지 여부에 관계 없이, 통상의 기술자의 지식 내에 있을 것이다.References in the specification to “one embodiment,” “an embodiment,” “an example embodiment,” “some embodiments,” etc. indicate that the described embodiment may include a particular feature, structure or characteristic; It should be noted that not all embodiments necessarily include those specific features, structures or characteristics. Moreover, such phrases are not necessarily referring to the same embodiment. Furthermore, when a particular feature, structure, or characteristic is described in connection with an embodiment, achieving such feature, structure, or characteristic in connection with another embodiment will be understood by those skilled in the art, whether or not explicitly stated. It will be within knowledge.
일반적으로, 용어는 문맥에서의 쓰임에 따라 적어도 부분적으로 이해될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에서 사용된 용어 "하나 이상"은, 문맥에 적어도 부분적으로 의존하여, 단수의 의미로 임의의 특징, 구조 또는 특성을 설명하는 데 사용될 수 있고 또는 복수의 의미로 특징, 구조 또는 조합의 조합을 설명하는 데 사용될 수도 있다. 유사하게, "하나의", "그"와 같은 용어는, 문맥에 적어도 부분적으로 의존하여, 단수 용법을 전달하거나 또는 복수 용법을 전달하는 것으로 이해될 수 있다. 추가적으로, 용어 "기초로 한"은 반드시 배타적인 요인 세트를 전달하도록 의도된 것이 아니라고 이해할 수 있으며, 대신에, 문맥에 적어도 부분적으로 의존하여, 비필수적이며 명시적으로 설명되지 않은 추가적인 요인의 존재를 허용하는 의미로 해석될 수 있다. In general, terms can be understood at least in part depending on their use in context. For example, as used herein, the term “one or more” may be used to describe any feature, structure, or characteristic in a singular sense or may be used in a plural sense to describe any feature, structure, or characteristic, depending at least in part on the context. Alternatively, it may be used to describe a combination of combinations. Similarly, terms such as “a” and “the” may be understood to convey singular or plural usage, depending at least in part on the context. Additionally, it can be understood that the term “based on” is not necessarily intended to convey an exclusive set of factors, but instead, depending at least in part on the context, indicates the presence of additional factors that are non-essential and not explicitly accounted for. It can be interpreted in a permissive sense.
본 개시에서 "위"("on", "above", "over")의 의미는, "위(on)"가 어떤 것의 "바로 위"를 의미할 뿐 아니라, 어떤 것과의 사이에 중간 피처(feature) 또는 층을 가지는 어떤 것의 "위"의 의미도 포함하는 것으로 넓게 해석되어야 하고, 또한 "위"("above", "over")는 어떤 것의 “위”를 의미할 뿐 아니라, 어떤 것과의 사이에 중간 피처 또는 층이 없는 어떤 것의 “위”의 의미도 포함함(즉, 어떤 것의 바로 위)을 쉽게 이해하여야 한다.In the present disclosure, the meaning of “on”, “above”, and “over” is that “on” not only means “directly above” something, but also means an intermediate feature ( It should be broadly interpreted to include the meaning of “above” something that has a feature or layer, and “above” (“over”) not only means “above” something, but also means “above” something. It should be easily understood that it also includes the meaning of “on” something without an intermediate feature or layer in between (i.e., directly on top of something).
더 나아가, 설명의 편의를 위해 "밑(beneath)", "아래(below)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등과 같은 공간적으로 상대적인 용어가 하나의 요소 또는 특징과 도면에 표시된 다른 요소(들) 또는 특징(들)과의 관계를 설명하기 위하여 본 명세서에서 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 묘사된 방향에 추가하여 사용 또는 동작 중인 디바이스의 상이한 방향들을 포함하도록 의도된다. 장치는 다르게 지향(90도 회전 또는 다른 방향으로)될 수 있고, 본 명세서에서 사용되는 공간적으로 상대적인 서술자(descriptor)는 그에 따라 유사하게 해석될 수 있다. Furthermore, for convenience of explanation, spatially relative terms such as "beneath", "below", "lower", "above", "upper", etc. are used. It can be used herein to explain the relationship between an element or feature of and other element(s) or feature(s) shown in the drawings. Spatially relative terms are intended to include different orientations of the device in use or operation in addition to the orientation depicted in the figures. The device may be oriented differently (rotated 90 degrees or in another direction) and the spatially relative descriptors used herein may be interpreted similarly accordingly.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "기판"은 후속 재료 층이 추가되는 재료를 지칭한다. 기판 자체를 패턴화할 수 있다. 기판 위에 추가된 재료는 패턴화될 수 있거나 패턴화되지 않은 채로 유지될 수 있다. 더욱이, 기판은 실리콘, 게르마늄, 갈륨 아세나이드(gallium arsenide), 인듐 포스파이드(indium phosphide) 등 광범위의 반도체 재료를 포함할 수 있다. 대안적으로, 기판은 유리, 플라스틱 또는 사파이어 웨이퍼와 같은 전기적으로 비전도성 재료로 만들어질 수 있다. As used herein, the term “substrate” refers to the material to which subsequent layers of material are added. The substrate itself can be patterned. Material added over the substrate may be patterned or may remain unpatterned. Moreover, the substrate can include a wide range of semiconductor materials such as silicon, germanium, gallium arsenide, and indium phosphide. Alternatively, the substrate may be made of an electrically non-conductive material such as glass, plastic or sapphire wafer.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "층"은 두께를 갖는 영역을 포함하는 재료 부분을 지칭한다. 층은 밑에 있거나 위에 있는 구조의 전체에 걸쳐 확장될 수 있거나, 밑에 있거나 위에 있는 구조의 범위보다 작은 범위를 가질 수 있다. 더 나아가, 층은 연속 구조의 두께보다 작은 두께를 갖는 균일하거나 불균일한 연속 구조의 영역일 수 있다. 예를 들어, 층은 연속 구조의 상면 및 하면 사이에 있는, 또는 그 면들에 있는 임의의 수평 평면 쌍 사이에 위치할 수 있다. 층은 수평으로, 수직으로, 및/또는 테이퍼형 표면(tapered surface)을 따라 연장될 수 있다. 기판은 하나의 층이 될 수 있고, 그 안에 하나 이상의 층을 포함할 수 있으며 및/또는 그 위에 및/또는 그 아래 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. 층은 다중 층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상호 연결 층은 하나 이상의 도전체 및 접촉 층(상호 연결 라인 및/또는 비아 접촉부가 형성됨)과 하나 이상의 유전체 층을 포함할 수 있다. As used herein, the term “layer” refers to a portion of material comprising an area having a thickness. A layer may extend across the entirety of the underlying or overlying structure, or may have a smaller extent than the extent of the underlying or overlying structure. Furthermore, a layer may be a region of a continuous structure, either uniform or non-uniform, having a thickness less than that of the continuous structure. For example, a layer may be located between the top and bottom faces of a continuous structure, or between any pair of horizontal planes on those faces. The layer may extend horizontally, vertically, and/or along a tapered surface. The substrate may be one layer, may include one or more layers therein, and/or may include one or more layers above and/or below. A layer may include multiple layers. For example, the interconnect layer may include one or more conductor and contact layers (through which interconnect lines and/or via contacts are formed) and one or more dielectric layers.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "명목의(nominal)/명목으로(nominally)"는, 제품 또는 프로세스의 설계 단계 동안 설정되는, 원하는 값보다 높거나 및/또는 낮은 값의 범위를 포함하는, 컴포넌트 또는 프로세스 동작에 대한 특성 또는 파라미터의 희망하는 값, 즉 목표 값을 지칭한다. 그러한 값의 범위는 제조 프로세스 또는 허용오차에서의 약간의 변동으로 인해 발생할 수 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "약"은 반도체 장치와 관련된 특정한 기술 노드에 기초하여 변동될 수 있는 주어진 양의 값을 지칭한다. 특정한 기술 노드에 기초하여, 용어 "약"은 예를 들어, 값의 10 내지 30% 내에서 변하는 주어진 양의 값을 나타낼 수 있다(예컨대, 값의 ±10%, ±20% 또는 ±30%).As used herein, the term “nominal/nominally” includes a range of values above and/or below a desired value, established during the design phase of a product or process. It refers to the desired value, i.e. target value, of a characteristic or parameter for component or process operation. Such ranges of values may result from slight variations in the manufacturing process or tolerances. As used herein, the term “about” refers to the value of a given quantity that can vary based on the particular technology node associated with the semiconductor device. Based on the particular technology node, the term “about” may refer to the value of a given quantity varying, for example, within 10 to 30% of the value (e.g., ±10%, ±20%, or ±30% of the value). .
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "3D 메모리 디바이스"는, 측방향의 기판 상에서 기판에 대해 수직 방향으로 연장된 메모리 셀 트랜지스터들의 수직 배향 스트링(본 명세서에서 NAND 메모리 스트링과 같은 "메모리 스트링"이라고 함)을 가진 반도체 디바이스를 지칭한다. 본 명세서에서 사용되는, 용어 "수직의/수직으로"는 명목상 기판의 측방향 표면에 수직인 것을 의미한다.As used herein, the term "3D memory device" refers to a vertically oriented string of memory cell transistors extending perpendicular to the substrate on a lateral substrate (herein referred to as a "memory string", such as a NAND memory string). refers to a semiconductor device with As used herein, the term “vertical/perpendicularly” means nominally perpendicular to the lateral surface of the substrate.
일부 3D 메모리 디바이스에서, 데이터를 저장하기 위한 메모리 셀이 스택형 저장 구조(예를 들어, 메모리 스택)를 통해 수직으로 적층된다. 3D 메모리 디바이스는 일반적으로 워드 라인 팬아웃과 같은 목적을 위해 스택형 저장 구조의 하나 이상의 측면(가장자리)에 형성된 계단실 구조를 포함한다. 계단실 구조는 일반적으로 각 메모리 평면의 가장자리에 형성되므로, 메모리 셀은 워드 라인 및 해당 계단실 구조를 통해 각 메모리 평면의 가장자리에도 배열된 행 디코더("x-디코더"라고도 함)에 의해 일방적으로 구동된다.In some 3D memory devices, memory cells for storing data are stacked vertically in a stacked storage structure (e.g., a memory stack). 3D memory devices typically include a staircase structure formed on one or more sides (edges) of a stacked storage structure for purposes such as word line fanout. Staircase structures are usually formed at the edges of each memory plane, so the memory cells are unilaterally driven by word lines and row decoders (also called "x-decoders") that are also arranged at the edges of each memory plane through the corresponding staircase structures. .
예를 들어, 도 1은 계단실 구조(104)를 갖는 3D 메모리 디바이스(100)의 개략도를 예시한다. 3D NAND 메모리 디바이스와 같은 3D 메모리 디바이스(100)는, 각각이 메모리 어레이 구조(106)에서 메모리 셀 어레이를 갖는 2개의 메모리 평면(102)을 포함한다. 웨이퍼 평면에서 두 개의 직교(수직) 방향을 설명하기 위해 도 1에는 x 및 y축이 포함되어 있음을 유의한다. x 방향은 3D 메모리 디바이스(100)의 워드 라인 방향이고 y 방향은 3D 메모리 디바이스(100)의 비트 라인 방향이다. 3D 메모리 디바이스(100)는 또한 각각의 메모리 어레이 구조(106)의 x 방향으로 대향하는 측면에 2개의 계단실 구조(104)를 포함한다. 메모리 평면(102)의 각 워드 라인은 전체 메모리 평면(102)을 가로질러 x 방향으로 측방향으로 계단실 구조(104)의 각 계단(레벨)까지 연장된다. 행 디코더(미도시)가 상호연결 길이를 감소시키기 위해 각각의 계단실 구조(104) 바로 위, 아래에 또는 그 부근에 형성된다. 즉, 각 행 디코더는, 각각이 전체 메모리 평면(102)을 가로지르는 워드 라인의 절반을 통해 메모리 셀의 절반을 일방적으로(양의 또는 음의 x 방향 중 하나이지만 둘 모두는 아님) 구동한다.For example, Figure 1 illustrates a schematic diagram of a 3D memory device 100 with a staircase structure 104. A 3D memory device 100, such as a 3D NAND memory device, includes two memory planes 102, each having an array of memory cells in a memory array structure 106. Note that x and y axes are included in Figure 1 to account for the two orthogonal (perpendicular) directions in the wafer plane. The x direction is the word line direction of the 3D memory device 100 and the y direction is the bit line direction of the 3D memory device 100. The 3D memory device 100 also includes two stairwell structures 104 on opposite sides of each memory array structure 106 in the x direction. Each word line of memory plane 102 extends laterally in the x direction across the entire memory plane 102 to each staircase (level) of staircase structure 104 . Row decoders (not shown) are formed directly above, below, or near each staircase structure 104 to reduce interconnection length. That is, each row decoder drives half of the memory cells unilaterally (either in the positive or negative x direction, but not both) through half of the word lines, each of which spans the entire memory plane 102.
따라서, 일방적인 행 워드 라인 구동 방식의 부하는 메모리 평면(102)에 걸친 전체 워드 라인의 저항을 포함한다. 더욱이, 더 높은 저장 용량에 대한 요구가 계속 증가함에 따라, 스택형 저장 구조의 수직 레벨의 수가 증가하고, 각 워드 라인 필름을 포함하는 스택 층의 두께는 감소한다. 따라서, 훨씬 더 높은 저항이 부하에 도입되어 큰 저항성-용량성(Resistive-Capacitive: RC) 지연이 발생할 수 있다. 따라서, 읽기 및 쓰기 속도와 같은 3D 메모리 디바이스(100)의 성능은 측면 계단실 구조(104)를 사용하는 일방적 워드 라인 구동 방식에 의해 영향을 받을 수 있다.Accordingly, the load of a unilateral row word line drive scheme includes the resistance of the entire word line across memory plane 102. Moreover, as the demand for higher storage capacity continues to increase, the number of vertical levels in the stacked storage structure increases and the thickness of the stack layer comprising each word line film decreases. Therefore, a much higher resistance is introduced into the load, which can result in large resistive-capacitive (RC) delay. Accordingly, performance of the 3D memory device 100, such as read and write speeds, may be affected by the unilateral word line driving scheme using the side staircase structure 104.
본 발명에 따른 다양한 실시예는 RC 지연을 감소시키기 위한 양방향 워드 라인 구동 방식을 가능하게 하는 메모리 평면의 중간에서의 계단실 구조 및 그 제조 방법을 제공한다. 기존의 측면 계단실 구조를 예컨대 중앙 계단실 구조로 대체함으로써, 각 행 디코더는 메모리 평면의 중간으로부터 대향하는 방향으로 워드 라인을 양방향으로 구동할 수 있으므로, 행 디코더에 의해 구동될 워드 라인의 길이는 예를 들어 절반으로 감소함에 따라 부하의 저항은 감소될 수 있다. 일부 실시예에서, 브리지 구조가 중앙 계단실 구조에 의해 분리된 워드 라인을 연결하기 위해 계단실 구조의 일부로서 도입된다. 일부 실시예에서, 계단실 구조의 각 계단이 팬아웃 다중 워드 라인을 위한 다중 구획을 포함하는 다중 구획 계단실 구조가 사용되어 계단실 구조의 활용도를 높이고 제조 복잡성을 줄인다. 일부 실시예에서, 트림 에칭 프로세스의 수를 감소시키기 위해 상이한 깊이로 다중 계단실을 형성하기 위해 다중 초핑 프로세스가 사용되며, 이에 의해 제조 복잡성을 추가로 감소시키고 수율을 증가시킨다.Various embodiments according to the present invention provide a staircase structure in the middle of a memory plane that enables a bidirectional word line driving method to reduce RC delay and a method of manufacturing the same. By replacing the existing lateral staircase structure with, for example, a central staircase structure, each row decoder can drive word lines bidirectionally in opposite directions from the middle of the memory plane, so that the length of the word line to be driven by the row decoder is, e.g. For example, as it is reduced by half, the load resistance can be reduced. In some embodiments, a bridge structure is introduced as part of the stairwell structure to connect word lines separated by a central stairwell structure. In some embodiments, a multi-compartment stairwell structure is used where each step of the stairwell structure includes multiple compartments for fan-out multiple word lines, thereby increasing utilization of the stairwell structure and reducing manufacturing complexity. In some embodiments, multiple chopping processes are used to form multiple stairwells at different depths to reduce the number of trim etch processes, thereby further reducing manufacturing complexity and increasing yield.
도 2는 본 개시의 일부 실시예에 따른 계단실 구조(204)를 갖는 예시적인 3D 메모리 디바이스(200)의 개략도를 도시한다. 일부 실시예에서, 3D 메모리 디바이스(200)는 다중 메모리 평면(202)을 포함한다. 각각의 메모리 평면(102)은 메모리 어레이 구조(206-1/206-2)와 이 메모리 어레이 구조(206-1/206-2)의 중간에서 메모리 어레이 구조(206-1/206-2)를 x 방향(워드 라인 방향)으로 제1 메모리 어레이 구조(206-1) 및 제2 메모리 어레이 구조(206-2)로 측방향 분할하는 계단실 구조(204)를 포함할 수 있다. 계단실 구조(104)가 각 메모리 어레이 구조(106)의 대향 측면에 있는 도 1의 3D 메모리 디바이스(100)와는 다르게, 일부 실시예에 따르면, 3D 메모리 디바이스(200)의 계단실 구조(204)는 제1 및 제2 메모리 어레이 구조(206-1, 206-2) 사이의 중간에 있다. 일부 실시예에에서, 각각의 메모리 평면(202)에 대해, 계단실 구조(204)는 메모리 어레이 구조(206-1/206-2)의 중간에 있다. 즉, 계단실 구조(204)는 메모리 어레이 구조(206-1/206-2)를 동일한 수의 메모리 셀을 갖는 제1 및 제2 메모리 어레이 구조(206-1, 206-2)로 균등하게 분할하는 중앙 계단실 구조일 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 메모리 어레이 구조(206-1, 206-2)는 중앙 계단실 구조(204)에 대해 x 방향으로 대칭일 수 있다. 일부 예에서, 계단실 구조(204)는 메모리 어레이 구조(206-1/206-2)의 중간에 있을 수 있지만, 중앙(중심)에 있지는 않으며, 그에 따라 제1 및 제2 메모리 어레이 구조(206-1, 206-2)는 상이한 크기 및/또는 수의 메모리 셀을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 3D 메모리 디바이스(200)는 메모리 셀이 제1 및 제2 메모리 어레이 구조(206-1, 206-2)에 NAND 메모리 스트링(도시되지 않음)의 어레이 형태로 제공되는 NAND 플래시 메모리 디바이스이다. 제1 및 제2 메모리 어레이 구조(206-1, 206-2)는 게이트 라인 슬릿(GLS), 쓰루 어레이 접촉부(TAC), 어레이 공통 소스(ACS) 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 다른 적절한 컴포넌트를 포함할 수 있다.2 shows a schematic diagram of an example 3D memory device 200 with a staircase structure 204 in accordance with some embodiments of the present disclosure. In some embodiments, 3D memory device 200 includes multiple memory planes 202. Each memory plane 102 has a memory array structure 206-1/206-2 and a memory array structure 206-1/206-2 in the middle of the memory array structure 206-1/206-2. It may include a staircase structure 204 that is laterally divided into a first memory array structure 206-1 and a second memory array structure 206-2 in the x-direction (word line direction). Unlike the 3D memory device 100 of FIG. 1 where the staircase structure 104 is on opposite sides of each memory array structure 106, according to some embodiments, the staircase structure 204 of the 3D memory device 200 is It is intermediate between the first and second memory array structures 206-1 and 206-2. In some embodiments, for each memory plane 202, staircase structure 204 is in the middle of memory array structure 206-1/206-2. That is, the staircase structure 204 evenly divides the memory array structure 206-1/206-2 into first and second memory array structures 206-1 and 206-2 having the same number of memory cells. It may be a central staircase structure. For example, the first and second memory array structures 206-1 and 206-2 may be symmetrical in the x-direction with respect to the central staircase structure 204. In some examples, stairwell structure 204 may be in the middle, but not centrally, of memory array structures 206-1/206-2, and thus first and second memory array structures 206-1/206-2. 1, 206-2) may have different sizes and/or numbers of memory cells. In some embodiments, 3D memory device 200 is a NAND flash memory where memory cells are provided in the form of an array of NAND memory strings (not shown) in first and second memory array structures 206-1 and 206-2. It's a device. The first and second memory array structures 206-1, 206-2 may include any other suitable components including, but not limited to, gate line slits (GLS), through array contacts (TAC), array common source (ACS), etc. Can contain components.
x 방향의 측방향으로 연장하는 메모리 평면(202)의 각 워드 라인(미도시)은 계단실 구조(204)에 의해 두 부분, 즉 제1 메모리 어레이 구조(206-1)를 가로지르는 제1 워드 라인 부분 및 제2 메모리 어레이 구조(206-2)를 가로지르는 제2 워드 라인 부분으로 분리될 수 있다. 아래에서 상세히 설명되는 바와 같이, 각 워드 라인의 두 부분은 계단실 구조(204)의 각 계단에서 계단실 구조(204)의 브리지 구조(도시되지 않음)에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 행 디코더(도시되지 않음)는 상호연결 길이를 줄이기 위해 각각의 계단실 구조(204) 바로 위에, 아래에 또는 그에 근접하여 형성될 수 있다. 그 결과, 도 1의 3D 메모리 디바이스(100)의 행 디코더와는 다르게, 3D 메모리 디바이스(200)의 각 행 디코더는 제1 및 제2 메모리 어레이 구조(206-1, 206-2)에서 메모리 셀을 양방향으로(양의 및 음의 x 방향 모두에서) 구동할 수 있다. 즉, 종래의 측면 계단실 구조(예를 들어, 도 1의 104)를 예를 들어 메모리 어레이 구조(206-1/206-2)의 중간에 있는 계단실 구조(204)로 대체함으로써, 각 행 디코더는 메모리 평면의 중간으로부터 대향하는 방향으로 워드 라인을 양방향으로 구동할 수 있으므로, 행 디코더에 의해 구동될 각 워드 라인의 일부의 길이는, 계단실 구조(204)가 메모리 어레이 구조(206-1/206-2)의 중앙에 있을 때 예를 들어 절반으로 감소함에 따라 부하의 저항은 감소될 수 있다. 즉, 일부 실시예에 따르면, 3D 메모리 디바이스(200)의 행 디코더는 각 워드 라인의 제1 워드 라인 부분 또는 제2 워드 라인 부분만을 구동하면 된다.Each word line (not shown) of the memory plane 202 extending laterally in the x direction is divided into two parts by a staircase structure 204: a first word line crossing the first memory array structure 206-1; It may be separated into a portion and a second word line portion crossing the second memory array structure 206-2. As described in detail below, the two portions of each word line may be electrically connected by a bridge structure (not shown) of the staircase structure 204 at each staircase of the stairwell structure 204. Row decoders (not shown) may be formed directly above, below, or adjacent to each staircase structure 204 to reduce interconnection length. As a result, unlike the row decoder of the 3D memory device 100 of FIG. 1, each row decoder of the 3D memory device 200 uses memory cells in the first and second memory array structures 206-1 and 206-2. can be driven in both directions (in both positive and negative x directions). That is, by replacing the conventional side staircase structure (e.g., 104 in FIG. 1) with, for example, the staircase structure 204 in the middle of the memory array structure 206-1/206-2, each row decoder Since word lines can be driven bidirectionally in opposite directions from the middle of the memory plane, the length of the portion of each word line to be driven by the row decoder is such that the staircase structure 204 has a memory array structure 206-1/206- When in the center of 2), the resistance of the load can be reduced by, for example, being reduced by half. That is, according to some embodiments, the row decoder of the 3D memory device 200 only needs to drive the first word line portion or the second word line portion of each word line.
도 2에서는, 각각이 각각의 메모리 평면(202)의 중간에 있는 계단실 구조(204)는 랜딩 상호연결부(landing interconnects)(예를 들어, 워드 라인 접촉부)용으로 사용되는 기능적 계단실 구조이지만, 제조 동안 에칭 또는 화학적 기계적 연마(CMP) 프로세스에서 부하 균형을 위해 그리고 인접한 메모리 평면(202)을 분리하기 위해 하나 이상의 측면에 추가적인 계단실 구조(예를 들어, 더미 계단실 구조(도시되지 않음))가 형성될 수 있음이 이해된다. 각각이 각 메모리 평면(202)의 중간에 있는 계단실 구조(204)가 메모리 평면(202)의 전체 면적을 증가시키기 때문에, 다이 크기를 줄이기 위해 더 작은 면적을 갖는 더 가파른 더미 계단실 구조가 형성될 수 있다.In Figure 2, each of the stairwell structures 204 in the middle of each memory plane 202 is a functional staircase structure used for landing interconnects (e.g., word line contacts), but during manufacturing. Additional staircase structures (e.g., dummy staircase structures (not shown)) may be formed on one or more sides for load balancing and to separate adjacent memory planes 202 in an etching or chemical mechanical polishing (CMP) process. I understand that it exists. Because the staircase structures 204 each in the middle of each memory plane 202 increase the overall area of the memory planes 202, steeper dummy staircase structures with smaller areas can be formed to reduce die size. there is.
도 3은 본 개시의 몇몇 실시예에 따른 계단실 구조(301)를 갖는 예시적인 3D 메모리 디바이스(300)의 평면도를 도시한다. 3D 메모리 디바이스(300)는 계단실 구조(204)를 포함하는 도 2의 메모리 평면(202)의 일부의 일 예일 수 있고, 3D 메모리 디바이스(300)의 계단실 구조(301)는 메모리 평면(202)에 있는 계단실 구조(204)의 일 예일 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 3D 메모리 디바이스(300)는 병렬 GLS(308)에 의해 분리된 y 방향(비트 라인 방향)으로 다수의 블록(302)을 포함할 수 있다. 3D 메모리 디바이스(300)가 NAND 플래시 메모리 디바이스인 일부 실시예에서, 각 블록(302)은 NAND 플래시 메모리 디바이스의 가장 작은 소거가능 단위이다. 각각의 블록(302)은 "H" 컷(310)과 함께 GLS(308) 중 일부에 의해 분리된 y 방향의 다수의 핑거(304)를 더 포함할 수 있다.3 shows a top view of an example
일부 실시예에서, 계단실 구조(301)는 x 방향(워드 라인 방향)에서 3D 메모리 디바이스(300)의 중간(예를 들어, 가운데)에 있다. 일부 실시예에서, 도 3은 또한 계단실 구조(301)에 인접한 메모리 어레이 구조의 한 쌍의 주변 영역(303)을 도시한다. 계단실 구조(301)에 의해 분리된 주변 영역(303)은, 개별적으로 구동되거나 또는 계단실 구조(301)에 걸쳐 상호연결부에 의해 전기적으로 연결될 수 있는 상부 선택 게이트(TSG)를 형성하는 데 사용될 수 있다. 아래에 상세히 설명되는 바와 같이, 계단실 구조(301)는 각각의 핑거(304)에 각각 대응하는 다중 계단실 구역을 포함할 수 있고 또한 각각이 y 방향으로 2개의 인접한 계단실 구역 사이에 있는 다중 브리지 구조(306)를 포함할 수 있다. 각각의 계단실 구역은 하나 또는 두 개의 블록(302) 내에 있을 수 있다. 3D 메모리 디바이스(300)는 계단실 구역 및 브리지 구조(306)에 복수의 더미 채널 구조(314)를 포함하여 기계적 지지 및/또는 부하 균형을 제공할 수 있다. 3D 메모리 디바이스(300)는 워드 라인 구동을 위해 계단실 구조(301)의 각 계단에서 각각의 워드 라인(도시되지 않음) 상에 각각이 랜딩되는 계단실 구조(301)의 계단실 구역 내의 워드 라인 접촉부(312)를 더 포함할 수 있다.In some embodiments,
양방향 워드 라인 구동 방식을 달성하기 위해, 일부 실시예에 따르면, 각각의 브리지 구조(306)는 제1 메모리 어레이 구조와 제2 메모리 어레이 구조(도시되지 않음)를 (물리적으로 및 전기적으로) 연결한다. 즉, 일부 실시예에 따르면, 계단실 구조(301)는 중간에서 메모리 어레이 구조를 완전히 초핑하지 않고 대신에 브리지 구조(306)에 의해 연결된 제1 및 제2 메모리 어레이 구조를 남겨둔다. 따라서, 각 워드 라인은 브리지 구조(306)를 통해 3D 메모리 디바이스(300)의 중간에 있는 계단실 구조(301)의 계단실 구역에서 각각의 워드 라인 접촉부(312)로부터 양방향으로(양의 및 음의 x 방향으로) 구동될 수 있다. 예를 들어, 도 3은 브리지 구조(306)를 갖는 양방향 워드 라인 구동 방식의 예시적인 전류 경로를 추가로 도시한다. 실선 화살표로 표시된 제1 전류 경로 및 속이 빈 화살표로 표시된 제2 전류 경로는 각기 상이한 레벨에서 2개의 개별 워드 라인을 통과하는 전류를 나타낸다.To achieve a bidirectional word line driving scheme, according to some embodiments, each
도 4는 본 개시의 일부 실시예에 따른 3D 메모리 디바이스의 예시적인 계단실 구조(400)의 상부 전면 사시도를 도시한다. 계단실 구조(400)는 도 2의 3D 메모리 디바이스(200)의 계단실 구조(204) 또는 도 3의 3D 메모리 디바이스(300)의 계단실 구조(301)의 일 예일 수 있다. 계단실 구조(400)는 실리콘(예를 들어, 단결정 실리콘), 실리콘 게르마늄(SiGe), 갈륨 비소(GaAs), 게르마늄(Ge), 실리콘 온 인슐레이터(SOI) 또는 임의의 다른 적절한 재료를 포함할 수 있는 기판(미도시) 상의 스택 구조(401)를 포함할 수 있다.4 shows a top front perspective view of an
도 4에는 x, y, z 축이 포함되어 계단실 구조(400)의 컴포넌트의 공간적 관계를 더 예시한다. 3D 메모리 디바이스의 기판은 xy 평면에서 측방향으로 연장되는 2개의 측면을 포함하는데, 즉 계단실 구조(400)가 형성될 수 있는 웨이퍼의 앞면 상의 상부면, 및 웨이퍼의 앞면과 반대되는 뒷면의 바닥면을 포함한다. z축은 x축과 y축 모두에 수직이다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 3D 메모리 디바이스의 하나의 컴포넌트(예를 들어, 층 또는 장치)가 3D 메모리 디바이스의 다른 컴포넌트(예를 들어, 층 또는 장치) "상에", "위에" 또는 "아래에" 있는지 여부는 기판이 z 방향에서 3D 메모리 디바이스의 가장 낮은 평면에 위치할 때 z 방향(xy 평면에 직교하는 수직 방향)에서 3D 메모리 디바이스의 기판과 관련하여 결정된다. 공간적 관계를 기술하기 위한 동일한 개념이 본 개시 전체에 걸쳐 적용된다.4 includes x, y, and z axes to further illustrate the spatial relationships of the components of
스택 구조(401)는 수직으로 인터리브된 제1 재료 층 및 제1 재료 층과 상이한 제2 재료 층을 포함할 수 있다. 제1 재료 층 및 제2 재료 층은 수직 방향으로 교번할 수 있다. 일부 실시예에서, 스택 구조(401)는 z 방향으로 수직으로 적층된 복수의 재료 층 쌍을 포함할 수 있으며, 이들 각각은 제1 재료 층 및 제2 재료 층을 포함한다. 스택 구조(401)의 재료 층 쌍의 수(예를 들어, 32, 64, 96, 128, 160, 192, 224, 또는 256)는 3D 메모리 디바이스의 메모리 셀의 수를 결정할 수 있다.
일부 실시예에서, 3D 메모리 디바이스는 NAND 플래시 메모리 디바이스이고, 스택 구조(401)는 NAND 메모리 스트링이 형성되는 스택형 저장 구조이다. 제1 재료 층 각각은 도전체 층을 포함하고, 제2 재료 층 각각은 유전체 층을 포함한다. 즉, 스택 구조(401)는 인터리브된 도전체 층 및 유전체 층(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 각각의 도전체 층은 NAND 메모리 스트링의 게이트 라인 및 게이트 라인으로부터 측방향으로 연장되고 워드 라인 팬아웃을 위해 계단실 구조(400)에서 끝나는 워드 라인으로서 기능할 수 있다. 도전체 층은 텅스텐(W), 코발트(Co), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 다결정 실리콘(폴리실리콘), 도핑된 실리콘, 실리사이드, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는 도전성 재료를 포함할 수 있다. 유전체 층은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는 유전성 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 도전체 층은 텅스텐과 같은 금속을 포함하고, 유전체 층은 실리콘 산화물을 포함한다.In some embodiments, the 3D memory device is a NAND flash memory device, and stack
계단실 구조(400)의 각 계단("레벨"로 도시됨)은 하나 이상의 재료 층 쌍을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 각 계단의 상부 재료 층은 수직 방향으로 상호연결을 위한 도전체 층이다. 일부 실시예에서, 계단실 구조(400)의 모든 2개의 인접한 계단은 z 방향으로 명목상 동일한 거리 및 x 방향으로 명목상 동일한 거리만큼 오프셋된다. 따라서, 각각의 오프셋은 z 방향으로 3D 메모리 디바이스의 워드 라인 접촉부(예를 들어, 도 3의 312, 도 4에는 도시되지 않음)와의 상호연결을 위한 "랜딩 영역"을 형성할 수 있다.Each staircase (shown as a “level”) of
도 4에 도시된 바와 같이, 계단실 구조(400)는 y 방향(비트 라인 방향)으로 제1 계단실 구역(402), 제2 계단실 구역(412), 및 제1 계단실 구역(402)과 제2 계단실 구역(412) 사이의 브리지 구조(404)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 계단실 구역(402)은 x 방향(워드 라인 방향)으로 제1 쌍의 계단실(406-1 및 406-2), 제2 쌍의 계단실(410-1 및 410-2), 및 제3 쌍의 계단실(416-1 및 416-2)을 포함하는 복수 쌍의 계단실을 포함한다. 일부 실시예에 따르면, 각각의 계단실(406-1, 406-2, 410-1, 410-2, 416-1 또는 416-2)은 x 방향으로 복수의 계단을 포함한다. 일부 실시예에서, 각각의 계단실(406-1, 406-2, 410-1, 410-2, 416-1, 또는 416-2)은 더미 계단실과는 대조적으로, 랜딩 상호연결(예를 들어, 워드 라인 비아 접촉부)에 사용되는 기능적 계단실이다. 다시 말해서, 일부 실시예에 따르면, 제1 계단실 구역(402) 내의 계단실(406-1, 406-2, 410-1, 410-2, 416-1, 416-2) 중 어느 것도 더미 계단이 아니다.As shown in FIG. 4, the
일부 실시예에서, 각 쌍의 계단실(406-1/406-2, 410-1/410-2 또는 416-1/416-2)은 x 방향으로 서로 대면하고 서로 다른 깊이로 있다. 일 예에서, 제1 쌍의 계단실(406-1/406-2)은 x 방향으로 서로 대면할 수 있으며, 예를 들어, 계단실(406-1)은 음의 x 방향으로 기울어지고 계단실(406-2)은 양의 x 방향으로 기울어진다. 유사하게, 다른 예에서, 제2 쌍의 계단실(410-1/410-2)은 x 방향으로 서로 마주할 수 있는데, 예를 들어, 계단실(410-1)은 음의 x 방향으로 기울어지고 계단실(410-2)은 양의 x 방향으로 기울어진다. 하나의 계단실이 다중 계단을 포함할 수 있기 때문에, 본 명세서에 개시된 계단실의 깊이는 z 방향으로(동일한 상대 레벨에서)의 동일한 계단, 예를 들어 상단 계단, 중간 계단 또는 바닥 계단의 깊이로 지칭될 수 있다. 일 예에서, 제1 쌍의 계단실(406-1/406-2)은 상이한 깊이에 있을 수 있으며, 예를 들어 계단실(406-1)의 상부 계단은 z 방향으로 계단실(406-2)의 상부 계단보다 더 높다. 유사하게, 다른 예에서, 제2 쌍의 계단실(410-1/410-2)은 상이한 깊이에 있을 수 있는데, 예를 들어 계단실(410-1)의 상부 계단은 z 방향으로 계단실(410-2)의 상부 계단보다 더 높다. 일부 실시예에서, 각 쌍의 계단실(406-1/406-2, 410-1/410-2, 또는 416-1/416-2)은 z 방향으로 중첩되지 않는다. 즉, 일부 실시예에 따르면, 상위 계단실의 하단 계단은 동일한 쌍의 하위 계단실의 상단 계단보다 낮지 않다.In some embodiments, each pair of staircases 406-1/406-2, 410-1/410-2 or 416-1/416-2 face each other in the x direction and are at different depths. In one example, the first pair of stairwells 406-1/406-2 may face each other in the x-direction, for example, staircase 406-1 tilted in the negative x-direction and staircase 406-1 2) is inclined in the positive x direction. Similarly, in another example, the second pair of staircases 410-1/410-2 may face each other in the x-direction, for example, with stairwell 410-1 tilted in the negative x-direction and the second pair of staircases 410-1/410-2 (410-2) is inclined in the positive x direction. Since one staircase may include multiple staircases, the depth of a staircase disclosed herein may be referred to as the depth of the same staircase in the z-direction (at the same relative level), for example, a top staircase, a middle staircase, or a bottom staircase. You can. In one example, the first pair of stairwells 406-1/406-2 may be at different depths, for example, the top of stairwell 406-1 is at the top of staircase 406-2 in the z direction. Higher than stairs. Similarly, in another example, the second pair of stairwells 410-1/410-2 may be at different depths, for example, the upper staircase of stairwell 410-1 is in the z-direction and the second pair of stairwells 410-1/410-2 are at different depths. ) is higher than the upper stairs of In some embodiments, each pair of staircases 406-1/406-2, 410-1/410-2, or 416-1/416-2 do not overlap in the z-direction. That is, according to some embodiments, the bottom step of an upper staircase is not lower than the top step of the same pair of lower stairwells.
각 계단실 구역(예를 들어, 제1 계단실 구역(402))에서 계단실 쌍의 수는 도 4에 도시된 바와 같은 3개로 제한되지 않더라도, 전술한 동일한 계단 패턴(즉, x 방향으로 서로 마주보고 상이한 깊이에 있는 각 계단 쌍)은 임의의 수의 계단실 쌍에 적용될 수 있다. 그 결과, 일부 실시예에서, 제1 계단실 구역(402)의 각 계단실(406-1, 406-2, 410-1, 410-2, 416-1, 또는 416-2)은 상이한 깊이에 있다. 즉, 일부 실시예에 따르면, 제1 계단실 구역(402)의 계단(406-1, 406-2, 410-1, 410-2, 416-1, 416-2) 중 어느 것도 z 방향으로 중첩되지 않는다. 더욱이, 계단실의 각 계단은 상이한 깊이에 있을 수 있기 때문에, 제1 계단실 구역(402)의 각 계단은 상이한 깊이에 있을 수 있다. 즉, 일부 실시예에 따르면, 제1 계단실 구역(402)의 계단 중 어느 것도 z 방향으로 중첩되지 않는다(즉, 동일한 레벨이 아님). 그 결과, 계단실 구역(예를 들어, 제1 계단실 구역(402))의 각 계단은 서로 다른 레벨에서 각각의 워드 라인과 접촉하는 랜딩 상호연결부(예를 들어, 워드 라인 접촉부)를 위해 사용될 수 있다.Although the number of staircase pairs in each stairwell zone (e.g., first stairwell zone 402) is not limited to three as shown in FIG. 4, the same staircase pattern described above (i.e., opposite each other in the x-direction and different staircase pairs) Each pair of stairs in depth) can be applied to any number of pairs of staircases. As a result, in some embodiments, each stairwell 406-1, 406-2, 410-1, 410-2, 416-1, or 416-2 of the
도 4에 도시된 바와 같이, 계단실 구조(400)는 각 계단실 구역(예를 들어, 제1 계단실 구역(402) 또는 제2 계단실 구역(412))에서 y 방향으로 복수의 구획을 포함하는 다중 구획 계단실 구조일 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 계단실 구역(402)의 각 계단실(406-1, 406-2, 410-1, 410-2, 416-1, 또는 416-2)은 y 방향으로 복수의 구획을 포함하고, 각각의 구획은 x 방향으로 복수의 계단을 포함한다. y 방향으로 다중 구획을 도입함으로써, x 방향에 있어서 계단실 구조(400)의 치수(예를 들어, 길이)는 계단의 총 수를 감소시키지 않고 감소될 수 있다. 일부 실시예에서, 각 계단실(406-1, 406-2, 410-1, 410-2, 416-1 또는 416-2)에서, 구획 중 하나에서의 계단은 구획 중 다른 하나에서의 두 계단 사이에 수직으로 있다. 즉, 각 계단실 내에서, 계단의 깊이는 먼저 y 방향을 따라 변경되고(예를 들어, 도 4에서 음의 y 방향으로 증가함) 그런 다음 x 방향을 따라 변경된다(예를 들어, 도 4에서 음의 x 방향으로 증가함). 결과적으로, 계단실 내의 임의의 구획에 대해, 적어도 하나의 계단의 깊이는 인접한 구획(들)의 깊이 범위 내에 있을 수 있다. 상술한 구획들 사이에서 계단 깊이 패턴은 트림 에칭 프로세스 및 분할 프로세스를 적용하는 시퀀스에 따라 설정될 수 있다. 구체적으로, 본 명세서에 개시된 구획들 사이에서 계단 깊이 패턴은 제조 프로세스와 관련하여 후술하는 바와 같이 트림 에칭 프로세스 이전에 분할 프로세스를 적용함으로써 달성될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 계단실 구조(400)는 계단실 구역 내의 각 계단실(예를 들어, 제1 계단실 구역(402) 내의 각 계단실(406-1, 406-2, 410-1, 410-2, 416-1, 또는 416-2))이 y 방향으로 4개의 구획(408-1, 408-2, 408-3, 408-4)을 포함할 수 있는 4 구획 계단실 구조일 수 있다. 일 예에서, 계단실(406-1)에서, 다른 구획(408-1, 408-3, 408-4)의 상단 계단과 하단 계단 사이에 수직으로 구획(408-2)의 중간 계단이 있을 수 있다. 구획의 수는 도 4의 예에 의해 제한되지 않고 임의의 양의 정수(즉, 1, 2, 3, 4, 5, ...)일 수 있음을 이해해야 한다.As shown in FIG. 4 , the
제1 계단실 구역(402)이 위에서 상세하게 설명되었지만, 본 명세서에 개시된 제1 계단실 구역(402)에 계단실을 배열하는 방식은 제2 계단실 구역(412) 또는 계단실 구조(400) 내의 임의의 다른 계단실 구역에도 유사하게 적용될 수 있다는 것이 이해된다. 예를 들어, 제2 계단실 구역(412)은 제1 계단실 구역(402)과 같이 x 방향으로 그리고 상이한 깊이에서 서로 마주하는 한 쌍의 계단실(414-1 및 414-2)(예를 들어, 다중 분할 계단실)을 포함할 수 있다.Although the
도 4에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에 따르면, 제1 계단실 구역(402) 및 제2 계단실 구역(412)은 y 방향으로 비대칭이다. 예를 들어, 제1 및 제2 계단실 구역(402, 412)에서의 계단실 패턴은 브리지 구조(404)에 대해 대칭이 아닐 수 있다. 인접한 계단실 구역에서 계단실을 비대칭적으로 배열함으로써, 계단실 구조(400)에 의해 도입된 기계적 응력이 보다 균일하게 분산될 수 있다. 다른 예에서, 제1 계단실 구역(402) 및 제2 계단실 구역(412)은 또한 y 방향으로 대칭일 수 있다는 것이 이해된다.As shown in Figure 4, according to some embodiments, the
스택 구조(401)의 일부로서, 브리지 구조(404)는 수직으로 인터리브된 도전체 층 및 유전체 층(미도시)을 포함할 수 있고, 도전체 층(예를 들어, 금속 층 또는 폴리실리콘 층)은 워드 라인의 일부로서 기능할 수 있다. 내부의 워드 라인이 x 방향(예를 들어, 양의 x 방향, 음의 x 방향, 또는 둘 다)으로 메모리 어레이 구조로부터 절단(cut off)되는 제1 및 제2 계단실 구조(402,412) 내의 적어도 일부 계단실과는 다르게, 브리지 구조(404)에서의 워드 라인은 양방향 워드 라인 구동 방식을 달성하기 위해 계단실에 랜딩된 워드 라인 접촉부와 메모리 어레이 구조를 연결하도록 보존될 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 또는 제2 계단실 구역(402 또는 412)의 계단실에서의 적어도 하나의 계단은 브리지 구조(404)를 통해 제1 메모리 어레이 구조 및 제2 메모리 어레이 구조 중 적어도 하나에 전기적으로 연결된다. 적어도 하나의 계단이 적어도 하나의 워드 라인에 의해 브리지 구조(404)를 통해 제1 및 제2 메모리 어레이 구조 중 적어도 하나에 전기적으로 연결될 수 있도록, 적어도 하나의 워드 라인이 메모리 어레이 구조 및 브리지 구조(404)에서 측방향으로 연장될 수 있다. 일 예에서, 계단실(406-1) 내의 계단은 브리지 구조(404)를 통해 음의 x 방향으로 연장하는 각각의 워드 라인 부분에 의해 (음의 x 방향으로) 제1 메모리 어레이 구조에 전기적으로 연결될 수 있다. 그러나, 브리지 구조(404)는, 양의 x 방향으로 연장되는 각각의 워드 라인 부분이 절단되지 않기 때문에, 동일한 계단을 (양의 x 방향으로) 제2 메모리 어레이 구조에 전기적으로 연결할 필요는 없을 수 있다. 다른 예에서, 계단실(416-2) 내의 계단은 브리지 구조(404)를 통해 양의 x 방향으로 연장하는 각각의 워드 라인 부분에 의해 (양의 x 방향으로) 제2 메모리 어레이 구조에 전기적으로 연결될 수 있다. 그러나, 브리지 구조(404)는, 음의 x 방향으로 연장되는 각각의 워드 라인 부분이 절단되지 않기 때문에, 동일한 계단을 (음의 x 방향으로) 제1 메모리 어레이 구조에 전기적으로 연결할 필요는 없을 수 있다.As part of the
일부 실시예에서, 제1 또는 제2 계단실 구역(402 또는 412)의 계단실 내의 적어도 하나의 계단은 브리지 구조(404)를 통해 제1 메모리 어레이 구조 및 제2 메모리 어레이 구조 각각에 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 계단실(416-1) 내의 계단은 (화살표로 표시된) 전류 경로로 표시된 바와 같이, 음 및 양의 x 방향으로 각각 연장되는 각각의 워드 라인 부분에 의해 브리지 구조(404)를 통해 제1 및 제2 메모리 어레이 구조 모두에 전기적으로 연결될 수 있다.In some embodiments, at least one staircase within a stairwell of the first or
도 5a 내지 도 5f는 본 개시의 일부 실시예에 따른 3D 메모리 디바이스의 예시적인 계단실 구조를 형성하기 위한 다양한 예시적인 마스크를 도시한다. 도 6a 및 도 6b는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 3D 메모리 디바이스의 예시적인 계단실 구조를 형성하기 위한 제조 프로세스를 도시한다. 도 8은 일부 실시예에 따른 3D 메모리 디바이스의 예시적인 계단실 구조를 형성하기 위한 방법(800)의 흐름도이다. 도 9는 일부 실시예에 따른 3D 메모리 디바이스의 예시적인 계단실 구조를 형성하기 위한 다른 방법(900)의 흐름도이다. 도 6a, 6b, 8 및 9에 도시된 계단실 구조의 예는 도 4에 도시된 계단실 구조(400)를 포함한다. 도 5a-5f, 6a, 6b, 8 및 9는 함께 설명될 것이다. 방법(800 및 900)에 도시된 작업이 전부는 아니며, 예시된 동작 중 임의의 것 이전, 이후 또는 그 사이에 다른 동작도 수행될 수 있음이 이해된다. 또한, 일부 동작은 동시에 수행될 수도 있고, 도 8 및 9에 도시된 것과 다른 순서로 수행될 수도 있다.5A-5F illustrate various example masks for forming example stairwell structures of a 3D memory device according to some embodiments of the present disclosure. 6A and 6B illustrate a manufacturing process for forming an example stairwell structure of a 3D memory device according to various embodiments of the present disclosure. 8 is a flow diagram of a
도 8을 참조하면, 방법(800)은 스택 구조의 중간에 있는 제1 계단실 구역 및 제2 계단실 구역을 위한 개구를 포함하는 계단실 구역 마스크가 패터닝되는 작업(802)에서 시작한다. 일부 실시예에서, 계단실 구역 마스크는 하드 마스크를 포함한다. 스택 구조는 수직으로 인터리브된 제1 재료 층 및 제2 재료 층을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 스택 구조는 유전체 스택이고, 제1 재료 층 각각은 제1 유전체 층("희생 층"으로도 알려짐)을 포함하고, 제2 재료 층 각각은 제1 유전체 층과는 다른 제2 유전체 층을 포함한다. 인터리브된 제1 유전체 층 및 제2 유전체 층은 기판 위에서 교대로 증착될 수 있다.Referring to Figure 8,
도 6a를 참조하면, 제1 유전체 층("희생 층"으로도 알려짐, 도시되지 않음) 및 제2 유전체 층(본 명세서에서 함께 "유전체 층 쌍"으로 지칭됨, 도시되지 않음)의 복수 쌍을 포함하는 스택 구조(602)가 실리콘 기판(미도시) 위에 형성된다. 즉, 스택 구조(602)는 일부 실시예에 따라 인터리브된 희생 층 및 유전체 층을 포함한다. 유전체 층 및 희생 층은 스택 구조(602)를 형성하기 위해 실리콘 기판 상에 교대로 증착될 수 있다. 일부 실시예에서, 각각의 유전체 층은 실리콘 산화물의 층을 포함하고, 각각의 희생 층은 실리콘 질화물의 층을 포함한다. 스택 구조(602)는 화학 기상 증착(CVD), 물리 기상 증착(PVD), 원자층 증착(ALD), 또는 이들의 임의의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는 하나 이상의 박막 증착 프로세스에 의해 형성될 수 있다.6A, a plurality of pairs of first dielectric layers (also known as “sacrificial layers”, not shown) and second dielectric layers (together referred to herein as “dielectric layer pairs”, not shown) are formed. A
일부 실시예에서, 스택 구조는 메모리 스택이고, 제1 재료 층 각각은 도전체 층을 포함하고, 제2 재료 층 각각은 유전체 층을 포함한다. 인터리브된 도전체 층(예를 들어, 폴리실리콘 층) 및 유전체 층(예를 들어, 실리콘 산화물 층)은 기판 위에 교대로 증착될 수 있다. 인터리브된 도전체 층(예를 들어, 금속 층) 및 유전체 층(예를 들어, 실리콘 산화물 층)은 또한 유전 스택의 희생 층을 도전체 층으로 교체하는 게이트 교체 프로세스에 의해 형성될 수 있다. 즉, 계단실 구조는 유전체 스택 또는 메모리 스택 상의 게이트 교체 프로세스 이전 또는 이후에 형성될 수 있다.In some embodiments, the stack structure is a memory stack, wherein each of the first material layers includes a conductive layer and each of the second material layers includes a dielectric layer. Interleaved conductive layers (eg, polysilicon layers) and dielectric layers (eg, silicon oxide layers) may be deposited alternately over the substrate. Interleaved conductor layers (eg, metal layers) and dielectric layers (eg, silicon oxide layers) can also be formed by a gate replacement process that replaces sacrificial layers of the dielectric stack with conductive layers. That is, the staircase structure may be formed before or after the gate replacement process on the dielectric stack or memory stack.
도 6a를 참조하면, 스택 구조(602)는 도전체 층 및 유전체 층(본 명세서에서는 함께 "도전체/유전체 층 쌍"으로 지칭됨)의 복수의 쌍을 포함할 수 있다. 즉, 스택 구조(602)는 일부 실시예에 따라 인터리브된 도전체 층 및 유전체 층을 포함한다. 일부 실시예에서, 각각의 유전체 층은 실리콘 산화물의 층을 포함하고, 각각의 도전체 층은 텅스텐과 같은 금속의 층, 또는 폴리실리콘과 같은 반도체의 층을 포함한다. 일부 실시예에서, 스택 구조(602)를 형성하기 위해, 슬릿 개구(미도시)가 유전체 스택을 통해 형성될 수 있고, 유전체 스택의 희생 층은 복수의 측면 리세스를 형성하기 위해 슬릿 개구를 통해 에천트를 적용함으로써 에칭될 수 있고, 도전체 층은 CVD, PVD, ALD, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는 하나 이상의 박막 증착 프로세스를 사용하여 측면 리세스에 증착될 수 있다.Referring to Figure 6A,
도 5a를 참조하면, 계단실 구역 마스크(502)가 스택 구조(602)(도 6a에 도시됨) 상에 패터닝된다. 계단실 구역 마스크(502)는 스택 구조(602)(도 6a에 도시됨)의 중간(예를 들어, 가운데)에 x 방향(워드 라인 방향)으로 제1 계단실 구역 및 제2 계단실 구역을 포함하는 복수의 계단실 구역을 위한 개구(508-1 및 508-2)를 포함한다. 스택 구조(602)는 병렬 GLS(506)에 의해 분리된 복수의 블록(504)을 y 방향(비트 라인 방향)으로 포함할 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 도 5a에 도시된 바와 같이, 각각의 개구(508-1 또는 508-2)는 2개의 블록(504) 사이의 각각의 GLS(506)를 가로지르며 이들 2개의 블록(504) 내에 있다. 다른 예에서, 각각의 블록(508-1 또는 508-2)이 GLS(506)를 가로지르지 않고 하나의 블록(504)에 있을 수 있다는 것이 이해된다. 계단실 구역 마스크(502)는 개구(508-1 및 508-2)를 통해 계단실 구조의 계단실 구역을 정의하는 데 사용될 수 있으므로, 각 계단실 구역은 3D 메모리 디바이스의 최종 제품에서 하나 또는 두 개의 블록에 대응할 수 있다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 계단실 구역 마스크(502)는 일부 실시예에 따라 y 방향으로 인접한 개구(508-01 및 508-2) 사이의 브리지 구조(510)를 덮는다. 계단실 구역 마스크(502)에서의 브리지 구조(510)는 3D 메모리 디바이스의 최종 제품에서 계단실 구조의 브리지 구조가 형성될 수 있는 영역을 정의할 수 있고, 계단실 구역 마스크(502)에서의 개구(508-1 및 508-2)는 3D 메모리 디바이스의 최종 제품에서 계단실 구조의 계단실이 형성될 수 있는 영역을 정의할 수 있다. 도 6a를 참조하면, 일부 실시예에 따라, 계단실 구역(604 및 616)은 계단실 구역 마스크(502)의 각각의 개구(508-1 및 508-2)에 의해 정의되고, y 방향으로 계단실 구역(604 및 616) 사이에 있는 브리지 구조(614)는 계단실 구역 마스크(502)에서 브리지 구조(510)에 의해 덮인다.Referring to Figure 5A, a staircase area mask 502 is patterned on stack structure 602 (shown in Figure 6A). The stairwell zone mask 502 includes a plurality of stairwell zones and a second stairwell zone in the x-direction (word line direction) in the middle (e.g., center) of the stack structure 602 (shown in FIG. 6A). Includes openings 508-1 and 508-2 for the stairwell area. The
일부 실시예에서, 계단실 구역 마스크(502)는 계단실 구조가 형성될 때까지 다양한 프로세스를 유지할 수 있는, 예를 들어, 아래에 설명된 작업(808)에서의 적어도 쵸핑 프로세스까지 남아 있을 수 있는 재료로 제조될 수 있는, 소프트 마스크(예를 들어, 포토레지스트 마스크)와는 대조적인, 하드 마스크이다. 따라서, 계단실 구역 마스크(502)는 계단실 구역 마스크(502)가 제거될 때까지 후속 프로세스 동안 스택 구조(602)(예를 들어, 브리지 구조(614))의 덮인 부분을 보호하여, 스택 구조(602)(및 그 내부의 인터리브된 제1 및 제2 재료 층)의 덮인 부분을 그대로 남길 수 있다. 계단실 구역 마스크(502)는 예를 들어 폴리실리콘, 고유전율(high-k) 유전체, 티타늄 질화물(TiN), 또는 임의의 다른 적절한 하드 마스크 재료로 제조될 수 있다. 계단실 구역 마스크(502)는 CVD, PVD, ALD, 전기도금, 무전해 도금, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는 하나 이상의 박막 증착 프로세스를 사용하여 스택 구조(602) 상에 하드 마스크 재료 층을 먼저 증착함으로써 형성될 수 있다. 그 다음, 하드 마스크 재료 층은 리소그래피 및 건식 에칭 및/또는 습식 에칭 프로세스, 예컨대 반응성 이온 에칭(RIE)을 사용하여 개구(508-1 및 508-2)를 형성하도록 패터닝될 수 있다. 일부 실시예에서, 계단실 구역 마스크(502)의 형성 전에, 주변 영역(예를 들어, 도 3의 주변 영역(303))의 각 쌍에서 TSG 절단 계단실이 x 방향으로 개구(508-1 및 508-2)에 인접하여 형성된다. In some embodiments, the stairwell area mask 502 is made of a material that can survive various processes until the stairwell structure is formed, for example, at least until the chopping process in
선택적으로, 방법(800)은 도 8에 예시된 바와 같이 작업(804)으로 진행하는데, 이 작업(804)에서, 제1 및 제2 계단실 구역 각각에는, 제2 측방향으로의 복수의 구획이 서로 다른 깊이로 형성되어 있다. 도 9를 참조하면, 구획을 형성하기 위해, 제1 및 제2 계단실 구역에 개구를 포함하는 구획 마스크가 작업(902)에서 패터닝되고, 상이한 깊이의 복수의 구획이 작업(904)에서 구획 마스크에 따라 하나 이상의 트림 에칭 사이클에 의해 형성된다. 작업(804)은 다중 구획 계단실 구조가 사용되지 않는 일부 예에서는 건너뛸 수 있음이 이해된다.Optionally, the
도 5b에 도시된 바와 같이, 구획 마스크(512)는 계단실 구역 마스크(502) 상에 패터닝된다. 일부 실시예에 따라, 구획 마스크(512)는 y 방향에서 구획을 형성하기 위해 제1 및 제2 계단실 구역(508-1 및 508-2)을 위한 개구에 각각 개구(514-1 및 514-2)를 포함한다. 일부 실시예에서, 구획 마스크(512)는 y 방향으로 구획을 형성하기 위한 트림 에칭 프로세스에서 트리밍될 수 있는 소프트 마스크(예를 들어, 포토레지스트 마스크)이다. 각각의 개구(514-1 또는 514-2)는 명목상 직사각 형상을 가질 수 있다. 도 5b의 개구(514-1, 514-2)의 실선은 스택 구조(602)(도 6a에 도시됨) 아래를 덮는 포토레지스트 층의 경계를 도시한다. 일부 실시예에 따르면, 브리지 구조(510)는 브리지 구조체(614)(도 6a에 도시됨) 아래를 덮기 위해 구획 마스크(512) 상에 남아 있다. 일부 실시예에서, 구획 마스크(512)는 스핀 코팅을 사용하여 계단실 구역 마스크(502) 상에 포토레지스트 층을 코팅하고 리소그래피 및 현상 프로세스를 사용하여 코팅된 포토레지스트 층을 패터닝함으로써 형성된다. 구획 마스크(512)는 스택 구조(602)의 노출된 부분을 에칭하기 위한 에칭 마스크로서 사용될 수 있다.As shown in FIG. 5B , section mask 512 is patterned on stairwell section mask 502 . According to some embodiments, sectioning mask 512 is configured to include openings 514-1 and 514-2 respectively in the openings for first and second stairwell sections 508-1 and 508-2 to form sections in the y direction. ) includes. In some embodiments, partition mask 512 is a soft mask (eg, a photoresist mask) that can be trimmed in a trim etch process to form partitions in the y direction. Each opening 514-1 or 514-2 may have a nominally rectangular shape. The solid lines of openings 514-1 and 514-2 in FIG. 5B illustrate the boundaries of the photoresist layer that underlies stacked structure 602 (shown in FIG. 6A). According to some embodiments, bridge structure 510 remains on partition mask 512 to cover underneath bridge structure 614 (shown in FIG. 6A). In some embodiments, section mask 512 is formed by coating a photoresist layer on stairwell section mask 502 using spin coating and patterning the coated photoresist layer using lithography and development processes. Partitioning mask 512 may be used as an etch mask to etch exposed portions of
도 6a에 도시된 바와 같이, 상이한 깊이의 복수의 구획(예를 들어, 4개의 구획(612-1, 612-2, 612-3, 612-4))이 구획 마스크(512)(도 5b에 도시됨)에 따라 y 방향으로 하나 이상의 트림 에칭 사이클(예를 들어, 2개의 트림 에칭 사이클)에 의해 형성된다. 개구(514-1 및 514-2)(실선으로 표시됨)를 갖는 구획 마스크(512)가 제1 에칭 마스크로서 사용될 수 있다. 제1 에칭 마스크에 의해 덮이지 않은 스택 구조(602)의 부분은 습식 에칭 및/또는 건식 에칭 프로세스를 사용하여 구획 깊이만큼 에칭될 수 있다. (예를 들어, 습식 에칭 및/또는 건식 에칭의) 임의의 적절에천트를 사용하여 노출된 부분에서 스택 구조(602)의 특정 두께(예를 들어, 구획 깊이)를 제거할 수 있다. 에칭된 두께(예를 들어, 구획 깊이)는 에칭 속도 및/또는 에칭 시간에 의해 제어될 수 있다. 일부 실시예에서, 구획 깊이는 명목상 재료 층 쌍(예를 들어, 유전체 층 쌍 또는 도전체/유전체 층 쌍)의 두께와 동일하다. 일부 실시예에서, 구획 깊이는 재료 층 쌍의 두께의 배수인 것으로 이해된다.As shown in Figure 6A, a plurality of partitions (e.g., four partitions 612-1, 612-2, 612-3, 612-4) of different depths are formed on the partition mask 512 (Figure 5B). is formed by one or more trim etch cycles (e.g., two trim etch cycles) in the y-direction (as shown). A partition mask 512 with openings 514-1 and 514-2 (indicated by solid lines) may be used as the first etch mask. Portions of
도 5b에 도시된 바와 같이, 구획 마스크(512)는 트리밍될 수 있다(예를 들어, 점진적으로 그리고 안쪽으로 에칭됨). 개구(514-1 및 514-2)의 파선은 스택 구조(602) 아래를 덮는 트리밍된 포토레지스트 층의 경계를 예시한다. 개구(514-1 및 514-2) 각각은 그 직사각 형상으로 인해 x 방향 및 y 방향 모두에서 트리밍될 수 있다. 트리밍된 개구(514-1 및 514-2)(점선으로 표시됨)를 갖는 구획 마스크(512)가 제2 에칭 마스크로서 사용될 수 있다.As shown in Figure 5B, section mask 512 may be trimmed (eg, gradually and inwardly etched). The dashed lines of openings 514-1 and 514-2 illustrate the boundaries of the trimmed photoresist layer covering underneath
도 6a에 도시된 바와 같이, 제1 에칭 마스크로부터 트리밍된 포토레지스트 층의 양은 트리밍 속도 및/또는 트리밍 시간에 의해 제어될 수 있고 결과적인 구획의 치수에 직접적으로 관련될 수 있다(예를 들어, 결정인자일 수 있다). 제1 에칭 마스크의 트림은 임의의 적절한 에칭 프로세스, 예를 들어 등방성 건식 에칭 또는 습식 에칭을 사용하여 수행될 수 있다. 제1 에칭 마스크의 트림은 제1 에칭 마스크에 의해 덮이지 않은 스택 구조(602)의 부분이 확대되게 할 수 있다. 스택 구조(602)의 확대된 덮이지 않은 부분은 트리밍된 제1 에칭 마스크를 제2 에칭 마스크로 사용하여 다시 에칭되어 각 계단실 구역(604 또는 616)에서 상이한 깊이에서 더 많은 구획을 형성할 수 있다. (예를 들어, 습식 에칭 및/또는 건식 에칭의) 임의의 적절한 에천트가 확대된 노출 부분에서 스택 구조(602)의 특정 두께(예를 들어, 구획 깊이)를 제거하는 데 사용될 수 있다. 에칭된 두께(예를 들어, 구획 깊이)는 에칭 속도 및/또는 에칭 시간에 의해 제어될 수 있다. 일부 실시예에서, 에칭된 두께는 이전 에칭 단계에서의 에칭된 두께와 명목상 동일하다. 결과적으로, 인접한 구획 사이의 깊이 오프셋은 명목상 동일하다. 일부 실시예에서, 에칭된 두께는 상이한 에칭 단계에서 상이하여 깊이 오프셋은 인접한 구획 사이에서 상이하다는 것이 이해된다. 포토레지스트 마스크의 트림 프로세스와 이어서 수행되는 스택 구조의 에칭 프로세스는 본 명세서에서 트림 에칭 사이클이라고 지칭된다. 트림 에칭 사이클의 수는 구획 마스크(512)에 따라 형성된 구획의 수를 결정할 수 있다. 일부 실시예에서, 브리지 구조(614)는 다수의 트림 에칭 사이클(예를 들어, 2개의 트림 에칭 사이클)에 의해 구획(612-1, 612-2, 612-3, 및 612-4)이 형성된 후에도 그대로 유지되는데, 그 이유는 트리밍되지 않는 구획 마스크(512)(도 5b에 도시됨)의 브리지 구조(510)로부터의 보호 덕이다.As shown in Figure 6A, the amount of photoresist layer trimmed from the first etch mask can be controlled by trimming speed and/or trimming time and can be directly related to the dimensions of the resulting section (e.g. may be a determining factor). Trimming of the first etch mask may be performed using any suitable etching process, such as isotropic dry etching or wet etching. Trimming the first etch mask may cause portions of the
도 6a는 각각의 계단실 구역(604, 616)에서 서로 다른 깊이로 4개의 구획(612-1, 612-2, 612-3, 612-4)을 포함하는 4 구획 계단실 구조를 형성하는 예를 도시하지만, 다중 구획 계단실 구조 및 그 제조 방법은 4 구획에 제한되지 않으며 그에 따라 구획 마스크(512)의 설계뿐만 아니라 트림 에칭 사이클의 수를 변경함으로써 1보다 큰 임의의 정수일 수 있다는 것이 이해된다.Figure 6A shows an example of forming a four-compartment staircase structure comprising four compartments (612-1, 612-2, 612-3, 612-4) at different depths in each stairwell section (604, 616). However, it is understood that the multi-compartment stairwell structure and method of manufacturing it is not limited to four compartments and can be any integer greater than 1 by varying the design of the compartment mask 512 as well as the number of trim etch cycles accordingly.
방법(800)은 도 8에 도시된 바와 같이 작업(806)으로 진행하는데, 이 작업(806)에서, 제1 및 제2 계단실 구역 각각에는, 제1 측방향으로 서로 마주하는 적어도 한 쌍의 계단실이 동일한 깊이로 형성되되, 제1 측방향에 수직인 제2 측방향으로 제1 계단실 구역과 제2 계단실 구역 사이에 브리지 구조가 형성된다. 일부 실시예에서, 적어도 한 쌍의 계단실의 각 계단실은 제1 측방향으로 복수의 계단을 포함한다. 작업(804)에서 구획이 제2 측방향으로 형성되는 일부 실시예에서, 작업(806)은 작업(804) 후에 수행된다. 즉, 제2 측방향의 구획이 제1 측방향의 계단실 앞에 형성된다. 도 9를 참조하면, 계단실을 형성하기 위해, 작업(906)에서 제1 측방향으로 개구를 포함하는 계단실 마스크가 패터닝되고, 작업(908)에서 계단실 마스크에 따라 복수의 트림 에칭 사이클에 의해 적어도 한 쌍의 계단실이 동일한 깊이로 형성된다.The
도 5c에 도시된 바와 같이, 구획 마스크(512)(도 5b에 도시됨)는 구획(612-1, 612-2, 612-3, 612-4)이 형성되면 제거되고, 계단실 마스크(516)가 계단실 구역 마스크(502) 상에 패터닝된다. 계단실 마스크(516)는 일부 실시예에 따라 동일한 깊이에서 서로 대면하는 한 쌍의 계단실을 형성하기 위한 x 방향의 개구(518-1, 518-2, 518-3)를 포함한다. 개구(518-1, 518-2, 518-3)의 개수는 형성하고자 하는 서로 마주하는 계단 쌍의 개수를 결정할 수 있으며, 따라서 3D 메모리 디바이스의 최종 제품에서 계단실 구조의 배치에 따라 임의의 적절한 개수일 수 있음을 이해하여야 한다. 일부 실시예에서, 계단실 마스크(516)는 x 방향으로 계단실을 형성하기 위한 트림 에칭 프로세스에서 트리밍될 수 있는 소프트 마스크(예를 들어, 포토레지스트 마스크)이다. 각각의 개구(518-1, 518-2, 또는 518-3)는 명목상 직사각 형상을 가질 수 있고 계단실 구역의 개구(508-1 및 508-2)를 가로질러 연장될 수 있다. 도 5c에서 개구(518-1, 518-2, 518-3)의 실선은 스택 구조(602)(도 6a에 도시됨) 아래를 덮는 포토레지스트 층의 경계를 도시한다. 일부 실시예에서, 계단실 마스크(516)는 스핀 코팅을 사용하여 계단실 구역 마스크(502) 상에 포토레지스트 층을 코팅하고 리소그래피 및 현상 프로세스를 사용하여 코팅된 포토레지스트 층을 패터닝함으로써 형성된다. 계단실 마스크(516)는 스택 구조(602)의 노출된 부분을 에칭하기 위한 에칭 마스크로서 사용될 수 있다.As shown in Figure 5C, section mask 512 (shown in Figure 5B) is removed once sections 612-1, 612-2, 612-3, and 612-4 are formed, and stairwell mask 516 is patterned on the staircase area mask 502. The stairwell mask 516 includes x-direction openings 518-1, 518-2, and 518-3 to form a pair of stairwells facing each other at the same depth, according to some embodiments. The number of openings 518-1, 518-2, and 518-3 may determine the number of opposing stair pairs to be formed, and may therefore be any suitable number depending on the arrangement of the staircase structure in the final product of the 3D memory device. You must understand that this can happen. In some embodiments, stairwell mask 516 is a soft mask (e.g., a photoresist mask) that can be trimmed in a trim etch process to form stairwells in the x-direction. Each opening 518-1, 518-2, or 518-3 may have a nominally rectangular shape and may extend across openings 508-1 and 508-2 of the staircase area. The solid lines of openings 518-1, 518-2, and 518-3 in Figure 5C illustrate the boundaries of the photoresist layer that underlies stack structure 602 (shown in Figure 6A). In some embodiments, staircase mask 516 is formed by coating a photoresist layer on stairwell area mask 502 using spin coating and patterning the coated photoresist layer using lithography and development processes. Stairwell mask 516 may be used as an etch mask to etch exposed portions of
도 6a에 도시된 바와 같이, 계단실 마스크(516)(도 5c에 도시됨)에 따라 복수의 트림 에칭 사이클에 의해 각각의 계단실 구역(604 또는 616)에 동일한 깊이로 복수의 쌍의 계단실(예컨대, 3 쌍의 계단실(606-1/606-2, 608-1/608-2, 610-1/610-2))이 형성된다. 일부 실시예에 따르면, 브리지 구조(614)는 y 방향으로 계단실 구역(604, 616) 사이에 형성된다. 일부 실시예에 따르면, 각 쌍의 계단실(606-1/606-2, 608-1/608-2, 610-1/610-2)은 x 방향으로 서로 마주보고 있으며 동일한 깊이에 있다. 한 쌍의 계단실(606-1/606-2)을 하나의 예로 들면, 계단실(606-1)은 음의 x 방향으로 기울어질 수 있고 계단실(606-2)은 양의 x 방향으로 기울어질 수 있다. 각 계단실(606-1, 606-2, 608-1, 608-2, 610-1 또는 610-2)은 x 방향으로 동일한 수의 계단을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 각 계단실 구역(604 또는 616)에 있는 계단실 쌍(예를 들어, 3 쌍의 계단실(606-1/606-2, 608-1/608-2, 및 610-1/610-2))의 수는 계단실 마스크(516)에서의 개구(예를 들어, 3개의 개구(518-1, 518-2, 518-3))의 수에 기초하여 결정되고, 각 계단실에서의 계단의 수는 트림 에칭 사이클의 수에 기초하여 결정된다. 일부 실시예에서, 도 6a에 도시된 바와 같이, 계단실(606-1, 606-2, 608-1, 608-2, 610-1, 610-2)이 형성되기 전에 다중 구획(612-1, 612-2, 612-3, 612-4)이 형성되어, 각 계단실(606-1, 606-2, 608-1, 608-2, 610-1 또는 610-2)이 다중 구획(612-1, 612-2, 612-3 및 612-4)을 포함하도록 한다.As shown in FIG. 6A , a plurality of pairs of stairwells (e.g., Three pairs of staircases (606-1/606-2, 608-1/608-2, 610-1/610-2) are formed. According to some embodiments,
계단실(606-1, 606-2, 608-1, 608-2, 610-1, 610-2)을 형성하기 위한 트림 에칭 프로세스는 위에서 상세히 설명하였으므로, 설명의 편의를 위해 반복하지 않는다. 계단실(606-1, 606-2, 608-1, 608-2, 610-1, 610-2)에서의 각 계단의 치수는 각 사이클에서 계단실 마스크(516)의 트리밍된 포토레지스트 층의 양(예를 들어, x 방향으로 치수를 결정함)에 의해 그리고 각 사이클에서 에칭된 두께(예를 들어, z 방향으로 깊이를 결정함)에 의해 결정될 수 있다. 일부 실시예에서, 각 사이클에서 트리밍된 포토레지스트 층의 양은 명목상 동일하고, 그에 따라서 x 방향에서 계단실(606-1, 606-2, 608-1, 608-2, 610-1, 610-2)에서의 각 계단의 치수는 명목상 동일하다. 일부 실시예에서, 각 사이클에서 에칭된 두께는 명목상 동일하고, 그에 따라 계단실(606-1, 606-2, 608-1, 608-2, 610-1, 610-2)에서 각 계단의 깊이는 명목상 똑같다. 동일한 트림 에칭 프로세스(예를 들어, 동일한 수의 트림 에칭 사이클)가 계단실 마스크(516)의 개구(518-1, 518-2, 518-3)를 통해 동시에 적용됨에 따라, 각 계단실(606-1, 606-2, 608-1, 608-2, 610-1 또는 610-2)은 동일한 깊이를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 쌍의 계단실(606-1/606-2)은 개구(518-1)를 통해 형성될 수 있고, 제2 쌍의 계단실(608-1/608-2)은 개구(518-2)를 통해 형성될 수 있으며, 제3 쌍의 계단실(610-1/610-2)은 개구(518-3)를 통해 형성될 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 브리지 구조(614)는 트림 에칭 프로세스 동안 온전한 상태로 유지된다.The trim etching process for forming the staircases 606-1, 606-2, 608-1, 608-2, 610-1, and 610-2 has been described in detail above and is not repeated for convenience of explanation. The dimensions of each step in stairwells 606-1, 606-2, 608-1, 608-2, 610-1, and 610-2 are determined by the amount of trimmed photoresist layer of staircase mask 516 in each cycle ( e.g., determining the dimension in the x-direction) and by the thickness etched in each cycle (e.g., determining the depth in the z-direction). In some embodiments, the amount of photoresist layer trimmed in each cycle is nominally the same, and thus the steps 606-1, 606-2, 608-1, 608-2, 610-1, 610-2 in the x direction. The dimensions of each step in are nominally the same. In some embodiments, the etched thickness in each cycle is nominally the same, such that the depth of each step in stairwells 606-1, 606-2, 608-1, 608-2, 610-1, 610-2 is Nominally the same. As the same trim etch process (e.g., the same number of trim etch cycles) is applied simultaneously through openings 518-1, 518-2, and 518-3 of stairwell mask 516, each stairwell 606-1 , 606-2, 608-1, 608-2, 610-1 or 610-2) may have the same depth. For example, the first pair of stairwells 606-1/606-2 may be formed through the opening 518-1, and the second pair of stairwells 608-1/608-2 may be formed through the opening 518. -2), and the third pair of staircases 610-1/610-2 can be formed through the opening 518-3. According to some embodiments,
방법(800)은 도 8에 도시된 바와 같이 작업(808)으로 진행하는데, 이 작업(808)에서, 제1 및 제2 계단실 구역 각각에서, 적어도 한 쌍의 계단실의 각 계단실은 상이한 깊이로 초핑된다. 일부 실시예에서, 각 계단실을 초핑한 후, 각 계단실의 적어도 하나의 계단은 희생 층 중 적어도 하나에 의해 또는 도전체 층 중 적어도 하나에 의해 브리지 구조를 통해 계단실 구역 마스크에 의해 덮힌 스택 구조의 나머지 부분에 연결된다. 도 9를 참조하면, 계단실을 초핑하기 위해, 제1 및 제2 계단실 구역에 제1 개구를 포함하는 제1 초핑 마스크(first chop mask)가 작업(910)에서 패터닝되고, 작업(912)에서 제1 개구에 의해 노출된 제1 세트의 계단실이 복수의 에칭에 의해 제1 초핑 마스크에 따라 제1 깊이만큼 초핑된다. 일부 실시예에서, 계단실을 초핑하기 위해, 작업(914)에서 제1 및 제2 계단실 구역에 제2 개구를 포함하는 제2 초핑 마스크가 패터닝되고, 제2 개구에 의해 노출된 제2 세트의 계단실은 작업(916)에서 제2 초핑 마스크에 따라 복수의 에칭 사이클에 의해 제2 깊이만큼 초핑된다.The
도 5d에 도시된 바와 같이, 계단실(606-1, 606-2, 608-1, 608-2, 610-1, 610-2)이 형성되면 계단실 마스크(516)(도 5c에 도시됨)가 제거되고, 제1 초핑 마스크((520)가 계단실 구역 마스크(502) 상에 패터닝된다. 일부 실시예에 따르면, 제1 초핑 마스크(520)는 각각 제1 및 제2 계단실 구역(508-1,508-2)의 개구에 개구(522-1, 522-2)를 포함하여, 개구(522-1,522-2))에 의해 노출된 제1 세트의 계단실을 동일한 제1 깊이로 초핑한다. 제1 초핑 마스크(520)의 개구(522-1 및 522-2)는 계단실(610-2, 610-1, 608-2)(도 6a 및 6b에 도시됨)에 대응하므로, 계단실(610-2, 610-1 및 608-2)만이 제1 초핑 마스크(520)에 따라 제1 깊이만큼 초핑될 수 있다. 제1 초핑 마스크(520)는 트리밍될 필요가 없기 때문에, 제1 초핑 마스크(520)는 하드 마스크 또는 소프트 마스크일 수 있다. 각각의 개구(522-1 또는 522-2)는 명목상 직사각 형상을 가지며 계단실 구역(508-1 또는 508-2)의 각각의 개구에 있다. 제1 초핑 마스크(520)가 소프트 마스크인 일부 실시예에서, 제1 초핑 마스크(520)는 스핀 코팅을 사용하여 계단실 구역 마스크(502) 상에 포토레지스트 층을 코팅하고 리소그래피 및 현상 프로세스를 사용하여 코팅된 포토레지스트 층을 패터닝함으로써 형성된다. 제1 초핑 마스크(520)가 하드 마스크인 일부 실시예에서, 제1 초핑 마스크(520)는 CVD, PVD, ALD, 전기도금, 무전해 도금, 또는 이들의 조합을 포함하나 이에 국한되지 않는 하나 이상의 박막 증착 프로세스 사용하여 계단실 구역 마스크(502) 상에 먼저 하드 마스크 재료 층을 증착함으로써 형성된다. 그 다음, 하드 마스크 재료 층은 리소그래피 및 건식 에칭 및/또는 습식 에칭 프로세스, 예컨대 RIE를 사용하여 개구(522-1 및 522-2)를 형성하도록 패터닝될 수 있다. 제1 초핑 마스크(520)는 노출된 제1 세트의 계단실(610-2, 610-1, 608-2)을 동일한 제1 깊이로 초핑하기 위한 에칭 마스크로서 사용될 수 있다.As shown in FIG. 5D, when the stairwells 606-1, 606-2, 608-1, 608-2, 610-1, and 610-2 are formed, the staircase mask 516 (shown in FIG. 5c) is is removed, and a first chopping mask 520 is patterned on the stairwell zone mask 502. According to some embodiments, the first chopping mask 520 is formed on the first and second stairwell zones 508-1,508-, respectively. The first set of staircases exposed by the openings 522-1 and 522-2, including the openings 522-1 and 522-2 in the opening of 2), are chopped to the same first depth. Since the openings 522-1 and 522-2 of the first chopping mask 520 correspond to the stairwells 610-2, 610-1, and 608-2 (shown in FIGS. 6A and 6B), the stairwells 610- 2, 610-1, and 608-2) can be chopped to the first depth according to the first chopping mask 520. Because the first chopping mask 520 does not need to be trimmed, the first chopping mask 520 may be a hard mask or a soft mask. Each opening 522-1 or 522-2 has a nominally rectangular shape and is in a respective opening of the staircase area 508-1 or 508-2. In some embodiments where the first chopping mask 520 is a soft mask, the first chopping mask 520 can be coated with a photoresist layer on the stairwell area mask 502 using spin coating and a lithography and development process. It is formed by patterning a coated photoresist layer. In some embodiments where the first chopping mask 520 is a hard mask, the first chopping mask 520 may be one or more layers including, but not limited to, CVD, PVD, ALD, electroplating, electroless plating, or combinations thereof. It is formed by first depositing a layer of hard mask material on the staircase area mask 502 using a thin film deposition process. The hard mask material layer may then be patterned to form openings 522-1 and 522-2 using lithography and dry etching and/or wet etching processes, such as RIE. The first chopping mask 520 may be used as an etch mask to chop the exposed first set of staircases 610-2, 610-1, and 608-2 to the same first depth.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "초핑(chopping)" 프로세스는 복수의 에칭 사이클에 의해 하나 이상의 계단실의 깊이를 감소시키는 프로세스이다. 각각의 에칭 사이클은 하나의 계단을 에칭하는, 즉 깊이를 하나의 계단 깊이만큼 감소시키는 하나 이상의 건식 에칭 및/또는 습식 에칭 프로세스를 포함할 수 있다. 위에서 상세하게 설명된 바와 같이, 초핑 프로세스의 목적은 일부 실시예에 따라, 3D 메모리 디바이스의 최종 제품에서 각 계단실(및 계단실의 각 계단)을 서로 다른 깊이로 만드는 것이다. 따라서, 계단실의 수에 따라, 일정한 수의 초핑 프로세스가 필요할 수 있다.As used herein, a “chopping” process is a process of reducing the depth of one or more stairwells by multiple etch cycles. Each etch cycle may include one or more dry etching and/or wet etching processes that etch one step, i.e., reduce the depth by one step depth. As detailed above, the purpose of the chopping process is to make each stairwell (and each step in the staircase) a different depth in the final product of the 3D memory device, according to some embodiments. Therefore, depending on the number of staircases, a certain number of chopping processes may be required.
도 5e에 도시된 바와 같이, 제1 세트의 계단실(610-1, 610-2, 608-2)이 초핑되면 제1 초핑 마스크(520)(도 5d에 도시됨)가 제거되고, 계단실 구역 마스크(502) 상에 제2 초핑 마스크(524)가 패턴화된다. 일부 실시예에 따르면, 제2 초핑 마스크(524)는 제1 및 제2 계단실 구역(508-1 및 508-2)의 개구에 각각 개구(526-1 및 526-2)를 포함하여, 개구(526-1 및 526-2)에 의해 노출된 제2 세트의 계단실을 동일한 제2 깊이로 초핑한다. 제2 초핑 마스크(524)의 개구(526-1 및 526-2)는 계단실(610-1, 608-2, 608-1 및 606-2)(도 6a 및 6b에 도시됨)에 대응하고, 그에 따라 계단실(610-1, 608-2, 608-1, 606-2)만이 제2 초핑 마스크(524)에 따라 제2 깊이만큼 초핑될 수 있다. 제1 초핑 마스크(520)와 유사하게, 제2 초핑 마스크(524)는 하드 마스크 또는 소프트 마스크일 수 있다. 제2 초핑 마스크(524)는 노출된 제2 세트의 계단실(610-1, 608-2, 608-1, 606-2)를 동일한 제2 깊이만큼 초핑하기 위한 에칭 마스크로서 사용될 수 있다. 제2 초핑 마스크(524)에 따른 제2 초핑 프로세스 후, 일부 계단실(예를 들어, 610-1 및 608-2)은 제1 및 제2 깊이의 합만큼 두 번 초핑되고, 일부 계단실(예컨대, 610-2)은 제1 깊이만큼 한번 초핑되고, 일부 계단실(예컨대, 608-1 및 606-2)은 제2 깊이만큼 한번 초핑되고 일부 계단실(예컨대, 606-1)은 초핑되지 않는다.As shown in FIG. 5E, once the first set of stairwells 610-1, 610-2, and 608-2 are chopped, the first chopping mask 520 (shown in FIG. 5D) is removed, and the stairwell zone mask A second chopping mask 524 is patterned on 502. According to some embodiments, the second chopping mask 524 includes openings 526-1 and 526-2 in the openings of the first and second stairwell sections 508-1 and 508-2, respectively, to The second set of stairwells exposed by 526-1 and 526-2) are chopped to the same second depth. The openings 526-1 and 526-2 of the second chopping mask 524 correspond to the stairwells 610-1, 608-2, 608-1 and 606-2 (shown in FIGS. 6A and 6B), Accordingly, only the stairwells 610-1, 608-2, 608-1, and 606-2 can be chopped to the second depth according to the second chopping mask 524. Similar to the first chopping mask 520, the second chopping mask 524 may be a hard mask or a soft mask. The second chopping mask 524 may be used as an etch mask to chop the exposed second set of staircases 610-1, 608-2, 608-1, and 606-2 to the same second depth. After the second chopping process according to the second chopping mask 524, some stairwells (e.g., 610-1 and 608-2) are chopped twice by the sum of the first and second depths, and some stairwells (e.g., 610-2) is chopped once to the first depth, some stairwells (eg, 608-1 and 606-2) are chopped once to the second depth, and some stairwells (eg, 606-1) are not chopped.
각각의 계단실(606-1, 606-2, 608-1, 608-2, 610-1, 또는 610-2)을 상이한 깊이로 구성하기 위해 하나 이상의 초핑 마스크 및 초핑 프로세스가 필요할 수 있다. 예를 들어, 도 5f에 도시된 바와 같이, 제2 세트의 계단실(610-1, 608-2, 608-1, 606-2)이 초핑되면 제2 초핑 마스크(524)(도 5e에 도시됨)가 제거될 수 있고, 제3 초핑 마스크(528)가 계단실 구역 마스크(502) 상에 패터닝된다. 일부 실시예에 따르면, 제3 초핑 마스크(528)는 제1 및 제2 계단실 구역(508-1, 508-2)의 개구에 각각 개구(530-1, 530-2)를 포함하여, 개구(530-1, 530-2)에 의해 노출된 제3 세트의 계단실을 동일한 제3 깊이만큼 초핑한다. 제3 초핑 마스크(528)의 개구(530-1 및 530-2)는 계단실(608-2 및 608-1)(도 6a 및 6b에 도시됨)에 대응하고, 그에 따라 계단실(608-2 및 608-1)만이 제3 초핑 마스크(528)에 따라 제3 초핑 깊이만큼 초핑될 수 있다. 제1 및 제2 초핑 마스크(520, 524)와 유사하게, 제3 초핑 마스크(528)는 하드 마스크 또는 소프트 마스크일 수 있다. 제3 초핑 마스크(528)는 노출된 제3 세트의 계단실(608-2 및 608-1)을 동일한 제3 깊이만큼 초핑하기 위한 에칭 마스크로서 사용될 수 있다. 그 결과, 제3 초핑 마스크(528)에 따른 제3 초핑 프로세스 후, 각 계단실(606-1, 606-2, 608-1, 608-2, 610-1, 610-2)은 서로 다른 깊이를 가질 수 있다.One or more chopping masks and chopping processes may be required to configure each staircase 606-1, 606-2, 608-1, 608-2, 610-1, or 610-2 at a different depth. For example, as shown in Figure 5F, when the second set of stairwells 610-1, 608-2, 608-1, and 606-2 are chopped, a second chopping mask 524 (shown in Figure 5E) is used. ) can be removed, and a third chopping mask 528 is patterned on the staircase area mask 502. According to some embodiments, the third chopping mask 528 includes openings 530-1 and 530-2 in the openings of the first and second stairwell sections 508-1 and 508-2, respectively, The third set of staircases exposed by 530-1 and 530-2) are chopped to the same third depth. The openings 530-1 and 530-2 of the third chopping mask 528 correspond to the stairwells 608-2 and 608-1 (shown in FIGS. 6A and 6B), and thus the stairwells 608-2 and 608-1 Only 608-1) can be chopped by the third chopping depth according to the third chopping mask 528. Similar to the first and second chopping masks 520 and 524, the third chopping mask 528 may be a hard mask or a soft mask. The third chopping mask 528 may be used as an etch mask to chop the exposed third set of stairwells 608-2 and 608-1 by the same third depth. As a result, after the third chopping process according to the third chopping mask 528, each staircase 606-1, 606-2, 608-1, 608-2, 610-1, and 610-2 has different depths. You can have it.
일부 실시예에서, 계단실 구역 마스크(502)는 제3 초핑 프로세스, 즉, 초핑 프로세스의 마무리 이후에 예를 들어 습식 에칭 및/또는 건식 에칭 프로세스를 사용하여 제거된다. 즉, 일부 실시예에 따라, 계단실 구역 마스크(502)는 메모리 어레이 구조 뿐만 아니라 계단실 구조의 브리지 구조(614)에서 인터리브된 제1 및 제2 재료 층이 다양한 트림 에칭 프로세스 및 초핑 프로세스에 의해 에칭되는 것을 막기 위해 적어도 작업(808)에서의 초핑 프로세스까지 스택 구조(602) 상에 남아 있다.In some embodiments, staircase area mask 502 is removed in a third chopping process, i.e., after finishing the chopping process, for example using a wet etch and/or dry etch process. That is, according to some embodiments, the staircase area mask 502 is configured such that the first and second material layers interleaved in the memory array structure as well as the
전술한 제1, 제2 및 제3 초핑 마스크(520, 524, 528) 및 제1, 제2 및 제3 초핑 프로세스는 초핑 계단실(606-1, 606-2, 608-1, 608-2, 610-1 및 610-2)의 일 예이고, 다른 적절한 초핑 방식(다양한 초핑 마스크 및 초핑 프로세스를 포함)을 사용하여 동일한 결과를 얻을 수 있다는 점을 이해해야 한다. 또한, 3D 메모리 디바이스의 최종 제품에서 계단실 구조의 각 계단이 서로 다른 깊이를 갖는 것과 동일한 효과를 다양한 초핑 방식으로 달성할 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 도 7a 내지 도 7d는 본 개시의 일부 실시예에 따라 계단실 구조에서 계단실을 상이한 깊이로 초핑하는 다양한 예시적인 방식을 예시한다. 도 7a 내지 도 7d의 각 도면은 6개의 계단실(도 7a 내지 도 7d에서 점선으로 표시됨)을 상이한 깊이로 초핑할 수 있는 하나의 예시적인 초핑 방식을 예시한다. 전술한 바와 같이, 초핑 마스크의 개수, 초핑 마스크의 시퀀스, 각 초핑 마스크의 디자인(예컨대, 개구의 수 및 패턴) 및/또는 각 초핑 프로세스에 의한 줄어든 깊이(예컨대, 에칭 사이클의 수)는 계단실이 상이한 깊이에 있더라도 초핑 프로세스 후에 각 계단실의 특정 깊이에 영향을 미칠 수 있다.The above-described first, second, and third chopping masks 520, 524, and 528 and the first, second, and third chopping processes are chopping staircases 606-1, 606-2, 608-1, and 608-2. 610-1 and 610-2) are examples, and it should be understood that the same results can be achieved using other suitable chopping methods (including various chopping masks and chopping processes). Additionally, it should be understood that in the final product of the 3D memory device, the same effect as each staircase in the staircase structure having a different depth can be achieved through various chopping methods. For example, FIGS. 7A-7D illustrate various example ways to chop stairwells to different depths in a stairwell structure according to some embodiments of the present disclosure. Each of FIGS. 7A-7D illustrates one exemplary chopping scheme that can chop six stairwells (indicated by dashed lines in FIGS. 7A-7D) to different depths. As described above, the number of chopping masks, the sequence of chopping masks, the design of each chopping mask (e.g., number and pattern of openings), and/or the depth reduced by each chopping process (e.g., number of etch cycles) determines the staircase. Even if they are at different depths, the specific depth of each staircase can be affected after the chopping process.
본 발명의 일 측면에 따르면, 3차원 메모리 디바이스는 메모리 어레이 구조 및 메모리 어레이 구조의 중간에서 이 메모리 어레이 구조를 측방향으로 제1 메모리 어레이 구조 및 제2 메모리 어레이 구조로 분할하는 계단실 구조를 포함한다. 계단실 구조는 제1 계단실 구역, 및 제1 메모리 어레이 구조와 제2 메모리 어레이 구조를 연결하는 브리지 구조를 포함한다. 제1 계단실 구역은 제1 측방향으로 서로 다른 깊이로 마주보는 제1 쌍의 계단실을 포함한다. 각 계단실은 복수의 계단을 포함한다. 제1 쌍의 계단실의 적어도 하나의 계단은 브리지 구조를 통해 제1 메모리 어레이 구조 및 제2 메모리 어레이 구조 중 적어도 하나에 전기적으로 연결된다.According to one aspect of the present invention, a three-dimensional memory device includes a memory array structure and a staircase structure that laterally divides the memory array structure into a first memory array structure and a second memory array structure in the middle of the memory array structure. . The stairwell structure includes a first stairwell section and a bridge structure connecting the first memory array structure and the second memory array structure. The first stairwell zone comprises a first pair of stairwells facing each other at different depths in a first lateral direction. Each staircase includes a plurality of stairs. At least one staircase of the first pair of staircases is electrically connected to at least one of the first memory array structure and the second memory array structure through a bridge structure.
일부 실시예에서, 제1 계단 쌍의 각 계단은 제1 측방향에 수직인 제2 측방향으로 복수의 구획을 포함한다. 일부 실시예에서, 구획 중 하나에서의 계단은 구획 중 다른 하나에서의 두 계단 사이에 수직으로 있다.In some embodiments, each staircase of the first pair of stairs includes a plurality of sections in a second lateral direction perpendicular to the first lateral direction. In some embodiments, a staircase in one of the compartments is perpendicular between two stairs in another one of the compartments.
일부 실시예에서, 메모리 어레이 구조는 제2 측방향으로 복수의 블록을 포함한다. 일부 실시예에서, 제1 계단실 구역은 블록 중 하나 또는 두 개 내에 있다.In some embodiments, the memory array structure includes a plurality of blocks in a second lateral direction. In some embodiments, the first stairwell section is within one or two of the blocks.
일부 실시예에서, 계단실 구조는 제2 계단실 구역을 더 포함한다. 일부 실시예에서, 브리지 구조는 제2 측방향으로 제1 계단실 구역과 제2 계단실 구역 사이에 있다.In some embodiments, the stairwell structure further includes a second stairwell section. In some embodiments, the bridge structure is between the first stairwell section and the second stairwell section in the second lateral direction.
일부 실시예에서, 제2 계단실 구역은 제1 측방향 및 상이한 깊이에서 서로 마주하는 제2 쌍의 계단실을 포함한다. 일부 실시예에서, 제1 계단실 구역 및 제2 계단실 구역은 제2 측방향으로 비대칭이다.In some embodiments, the second stairwell zone includes a second pair of stairwells facing each other in a first lateral direction and at a different depth. In some embodiments, the first stairwell zone and the second stairwell zone are asymmetric in the second laterally direction.
일부 실시예에서, 제1 계단실 구역은 제1 측방향 및 상이한 깊이에서 서로 마주하는 제2 쌍의 계단실을 포함한다. 일부 실시예에서, 제1 및 제2 쌍의 계단실은 상이한 깊이에 있다. 일부 실시예에서, 제1 및 제2 쌍의 계단실의 각 계단은 서로 다른 깊이에 있다.In some embodiments, the first stairwell zone includes a second pair of stairwells facing each other in a first lateral direction and at a different depth. In some embodiments, the first and second pairs of stairwells are at different depths. In some embodiments, each staircase of the first and second pair of stairwells is at a different depth.
일부 실시예에서, 3D 메모리 디바이스는 메모리 어레이 구조 및 브리지 구조에서 측방향으로 연장되는 적어도 하나의 워드 라인을 더 포함하여, 적어도 하나의 계단이 적어도 하나의 워드 라인에 의해 브리지 구조를 통해 제1 및 제2 메모리 어레이 구조 중 적어도 하나에 전기적으로 연결되도록 한다. In some embodiments, the 3D memory device further includes at least one word line extending laterally from the memory array structure and the bridge structure, such that at least one staircase is formed by the at least one word line through the bridge structure to the first and second steps. It is electrically connected to at least one of the second memory array structures.
일부 실시예에서, 제1 쌍의 계단실의 적어도 하나의 계단은 브리지 구조를 통해 제1 메모리 어레이 구조 및 제2 메모리 어레이 구조 각각에 전기적으로 연결된다.In some embodiments, at least one staircase of the first pair of stairwells is electrically connected to each of the first memory array structure and the second memory array structure through a bridge structure.
일부 실시예에서, 브리지 구조는 수직으로 인터리브된 도전체 층 및 유전체 층을 포함한다.In some embodiments, the bridge structure includes vertically interleaved conductor layers and dielectric layers.
본 개시의 다른 측면에 따르면, 3D 메모리 디바이스는 메모리 어레이 구조 및 메모리 어레이 구조의 중간에서 이 메모리 어레이 구조를 측방향으로 제1 메모리 어레이 구조 및 제2 메모리 어레이 구조로 분할하는 계단실 구조를 포함한다. 계단실 구조는 제1 계단실 구역, 및 제1 메모리 어레이 구조와 제2 메모리 어레이 구조를 연결하는 브리지 구조를 포함한다. 제1 계단실 구역은 제2 측방향으로 복수의 구획을 포함하는 제1 계단실을 포함한다. 각각의 구획은 제2 측방향에 수직인 제1 측방향으로 복수의 계단을 포함한다. 구획 중 하나에 있는 계단은 구획 중 다른 하나에 있는 두 계단 사이에 수직으로 있다. 제1 계단실에서의 적어도 하나의 계단은 브리지 구조를 통해 제1 메모리 어레이 구조 및 제2 메모리 어레이 구조 중 적어도 하나에 전기적으로 연결된다.According to another aspect of the present disclosure, a 3D memory device includes a memory array structure and a staircase structure that laterally divides the memory array structure into a first memory array structure and a second memory array structure in the middle of the memory array structure. The stairwell structure includes a first stairwell section and a bridge structure connecting the first memory array structure and the second memory array structure. The first stairwell zone comprises a first stairwell comprising a plurality of compartments in a second lateral direction. Each section includes a plurality of steps in a first lateral direction perpendicular to the second lateral direction. A staircase in one of the compartments is vertically between two stairs in the other one of the compartments. At least one staircase in the first staircase is electrically connected to at least one of the first memory array structure and the second memory array structure through a bridge structure.
일부 실시예에서, 제1 계단실 구역은 제2 계단실을 더 포함한다. 일부 실시예에서, 제1 계단실 및 제2 계단실은 제1 측방향으로 서로 마주하고 서로 다른 깊이를 갖는다.In some embodiments, the first stairwell zone further includes a second stairwell. In some embodiments, the first stairwell and the second stairwell face each other in the first side direction and have different depths.
일부 실시예에서, 제1 및 제2 계단실에서의 각각의 계단은 상이한 깊이에 있다. 일부 실시예에서, 제1 및 제2 계단실에서의 각각의 계단은 브리지 구조를 통해 제1 및 제2 메모리 어레이 구조 중 적어도 하나에 전기적으로 연결된다.In some embodiments, each staircase in the first and second stairwells is at a different depth. In some embodiments, each staircase in the first and second stairwells is electrically connected to at least one of the first and second memory array structures through a bridge structure.
일부 실시예에서, 메모리 어레이 구조는 제2 측방향으로 복수의 블록을 포함한다. 일부 실시예에서, 제1 계단실 구역은 블록 중 하나 또는 두 개 내에 있다.In some embodiments, the memory array structure includes a plurality of blocks in a second lateral direction. In some embodiments, the first stairwell section is within one or two of the blocks.
일부 실시예에서, 계단실 구조는 제2 계단실 구역을 더 포함한다. 일부 실시예에서, 브리지 구조는 제2 측방향으로 제1 계단실 구역과 제2 계단실 구역 사이에 있다.In some embodiments, the stairwell structure further includes a second stairwell section. In some embodiments, the bridge structure is between the first stairwell section and the second stairwell section in the second lateral direction.
일부 실시예에서, 3D 메모리 디바이스는 메모리 어레이 구조 및 브리지 구조에서 측방향으로 연장하는 적어도 하나의 워드 라인을 더 포함하여, 적어도 하나의 계단이 적어도 하나의 워드 라인에 의해 브리지 구조를 통해 제1 및 제2 메모리 어레이 구조 중 적어도 하나에 전기적으로 연결되도록 한다. In some embodiments, the 3D memory device further includes at least one word line laterally extending from the memory array structure and the bridge structure, such that at least one staircase extends through the bridge structure by the at least one word line to the first and second steps. It is electrically connected to at least one of the second memory array structures.
일부 실시예에서, 제1 쌍의 계단실에서의 적어도 하나의 계단은 브리지 구조를 통해 제1 메모리 어레이 구조 및 제2 메모리 어레이 구조 각각에 전기적으로 연결된다.In some embodiments, at least one staircase in the first pair of stairwells is electrically connected to each of the first memory array structure and the second memory array structure through a bridge structure.
일부 실시예에서, 브리지 구조는 수직으로 인터리브된 도전체 층 및 유전체 층을 포함한다.In some embodiments, the bridge structure includes vertically interleaved conductor layers and dielectric layers.
일부 실시예에서, 계단실 구조는 메모리 어레이 구조의 중간에 있다.In some embodiments, the stairwell structure is in the middle of the memory array structure.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 3D 메모리 디바이스의 계단실 구조를 형성하는 방법이 개시된다. 수직으로 인터리브된 제1 재료 층 및 제2 재료 층을 포함하는 스택 구조의 중간에 제1 계단실 구역 및 제2 계단실 구역을 위한 개구를 포함하는 계단실 구역 마스크가 패터닝된다. 제1 및 제2 계단실 구역 각각에는, 제1 측방향으로 동일한 깊이로 서로 마주하는 적어도 한 쌍의 계단실이 형성되어, 제2 측방향에 수직인 제1 측방향으로 제1 및 제2 계단실 구역 사이에 브리지 구조가 형성되도록 한다. 제1 및 제2 계단실 구역 각각에서, 적어도 한 쌍의 계단실의 각 계단실은 상이한 깊이로 초핑된다.According to another aspect of the present invention, a method of forming a staircase structure of a 3D memory device is disclosed. A stairwell zone mask is patterned including openings for the first stairwell zone and the second stairwell zone in the middle of a stacked structure comprising vertically interleaved first and second material layers. In each of the first and second stairwell zones, at least one pair of stairwells is formed opposite each other at the same depth in the first lateral direction, between the first and second stairwell zones in the first lateral direction perpendicular to the second lateral direction. A bridge structure is formed in the. In each of the first and second stairwell zones, each stairwell of the at least one pair of stairwells is chopped to a different depth.
일부 실시예에서, 적어도 한 쌍의 계단실을 형성하기 전에, 복수의 구획이 상이한 깊이에서 제2 측방향으로 형성되어, 적어도 한 쌍의 계단실의 각 계단이 복수의 구획을 포함하도록 한다.In some embodiments, prior to forming the at least one pair of stairwells, a plurality of sections are formed in the second lateral direction at different depths, such that each step of the at least one pair of stairwells includes a plurality of sections.
일부 실시예에서, 복수의 구획을 형성하기 위해, 제1 및 제2 계단실 구역에 개구를 포함하는 구획 마스크가 패터닝되고, 복수의 구획은 구획 마스크에 따라 하나 이상의 트림 에칭 사이클에 의해 상이한 깊이에 형성된다. In some embodiments, a partition mask including openings in the first and second staircase regions is patterned to form a plurality of partitions, the plurality of partitions being formed at different depths by one or more trim etch cycles according to the partition mask. do.
일부 실시예에서, 브리지 구조는 계단실 구역 마스크 또는 구획 마스크에 의해 덮인다.In some embodiments, the bridge structure is covered by a staircase area mask or section mask.
일부 실시예에서, 적어도 한 쌍의 계단실을 형성하기 위해, 제1 측방향으로 개구를 포함하는 계단실 마스크가 패터닝되고, 적어도 한 쌍의 계단실은 계단실 마스크에 따라 복수의 트림 에칭 사이클에 의해 동일한 깊이에 형성된다. In some embodiments, a stairwell mask including openings in a first lateral direction is patterned to form at least one pair of stairwells, wherein the at least one pair of stairwells is patterned at the same depth by a plurality of trim etch cycles according to the stairwell mask. is formed
일부 실시예에서, 각 계단실을 초핑하기 위해, 제1 및 제2 계단실 구역에 제1 개구를 포함하는 제1 초핑 마스크가 형성되고, 제1 개구에 의해 노출된 제1 세트의 계단실이 제1 초핑 마스크에 따라 복수의 에칭 사이클에 의해 제1 깊이만큼 초핑된다.In some embodiments, to chop each stairwell, a first chopping mask is formed including first openings in the first and second stairwell sections, and the first set of stairwells exposed by the first openings are formed into a first chopping mask. It is chopped to a first depth by a plurality of etching cycles according to the mask.
일부 실시예에서, 각 계단실을 초핑하기 위해, 제1 및 제2 계단실 구역에 제2 개구를 포함하는 제2 초핑 마스크가 형성되고, 제2 개구에 의해 노출된 제2 세트의 계단실이 제2 초핑 마스크에 따라 복수의 에칭 사이클에 의해 제2 깊이만큼 초핑된다.In some embodiments, to chop each stairwell, a second chopping mask is formed in the first and second stairwell sections and includes second openings, and the second set of stairwells exposed by the second openings are formed into a second chopping mask. It is chopped to a second depth by a plurality of etching cycles according to the mask.
일부 실시예에서, 제1 재료 층의 각각은 희생 층을 포함하고, 제2 재료 층의 각각은 유전체 층을 포함한다.In some embodiments, each of the first material layers includes a sacrificial layer and each of the second material layers includes a dielectric layer.
일부 실시예에서, 제1 재료 층의 각각은 도전체 층을 포함하고, 제2 재료 층의 각각은 유전체 층을 포함한다.In some embodiments, each of the first material layers includes a conductive layer and each of the second material layers includes a dielectric layer.
일부 실시예에서, 적어도 한 쌍의 계단실의 각 계단은 제1 측방향으로 복수의 계단을 포함한다. 일부 실시예에서, 각 계단실을 초핑한 후, 각 계단실의 적어도 하나의 계단은 희생 층 중 적어도 하나에 의해 또는 도전체 층 중 적어도 하나에 의해 브리지 구조를 통해, 계단실 구역 마스크에 의해 덮힌 스택 구조의 나머지에 연결된다.In some embodiments, each staircase of the at least one pair of stairwells includes a plurality of stairs in a first lateral direction. In some embodiments, after chopping each staircase, at least one staircase of each staircase is removed from a stacked structure covered by a stairwell zone mask, through a bridge structure by at least one of the sacrificial layers or by at least one of the conductive layers. connected to the rest.
일부 실시예에서, 계단실 구역 마스크는 적어도 각 계단을 초핑할 때까지 남아 있다. 일부 실시예에서, 계단실 구역 마스크는 하드 마스크를 포함한다.In some embodiments, the stairwell zone mask remains at least until each stair has been chopped. In some embodiments, the stairwell area mask includes a hard mask.
특정 실시예에 대한 전술한 설명은, 다른 사람이 통상의 기술자의 지식을 적용하여 그러한 특정 실시예를 다양한 응용을 위하여, 과도한 실험 없이 그리고 본 개시의 일반적인 개념에서 벗어나지 않고, 쉽게 수정 및/또는 적응할 수 있도록 하는 본 개시의 일반적인 특성을 드러낼 것이다. 따라서, 본 명세서에서 제시된 교시 및 안내에 기초하여, 이러한 적응 및 수정은 개시된 실시예의 균등물의 의미 및 범위 내에 있도록 의도된다. 본 명세서의 어법 또는 용어는 설명하기 위한 목적이며, 제한을 위한 것이 아니므로, 본 명세서의 용어 또는 어법은 교시 및 안내의 관점에서 통상의 기술자에 의해 해석되어야 함을 이해하여야 한다. The foregoing description of specific embodiments is intended to enable others, applying the knowledge of those skilled in the art, to readily modify and/or adapt such specific embodiments for various applications, without undue experimentation and without departing from the general concept of the disclosure. It will reveal general features of the present disclosure that enable it. Accordingly, based on the teachings and guidance presented herein, such adaptations and modifications are intended to fall within the meaning and scope of equivalents of the disclosed embodiments. It should be understood that the phraseology or phraseology in this specification is for explanatory purposes and not for limitation, and that the terminology or phraseology in this specification should be interpreted by those skilled in the art in the light of teaching and guidance.
본 개시의 실시예는 특정한 기능의 구현과 이들의 관계를 도시하는 기능성 구조 블록을 이용하여 설명되었다. 이러한 기능성 구조 블록의 경계는 설명의 편의를 위하여 본 명세서에서 임의로 정의되었다. 특정한 기능과 그들의 관계가 적절하게 수행되는 한, 교체적인 경계가 정의될 수 있다.Embodiments of the present disclosure have been described using functional structural blocks that illustrate the implementation of specific functions and their relationships. The boundaries of these functional structural blocks are arbitrarily defined herein for convenience of description. Alternative boundaries can be defined as long as specific functions and their relationships are performed appropriately.
발명의 내용 부분과 요약서 부분은 발명자(들)에 의해 고려된 바와 같이 본 개시의 모든 예시적 실시예가 아닌 하나 또는 그 이상을 제시할 수 있으며, 따라서 본 개시 및 첨부된 청구범위를 어떤 방식으로든 제한하려는 의도가 아니다. The Summary section and the Abstract section may present one or more, but not all, exemplary embodiments of the disclosure as contemplated by the inventor(s), and are therefore not intended to limit the disclosure and appended claims in any way. That's not the intention.
본 개시의 폭 및 범위는 임의의 전술한 예시적인 실시예에 의해 제한되어서는 안되며, 오직 다음의 청구범위 및 그 균등물에 의해서만 정의되어야 한다. The breadth and scope of the present disclosure should not be limited by any of the foregoing exemplary embodiments, but should be defined only by the following claims and their equivalents.
Claims (41)
메모리 어레이 구조와,
상기 메모리 어레이 구조의 중간에서 상기 메모리 어레이 구조를 제1 메모리 어레이 구조 및 제2 메모리 어레이 구조로 측방향으로 분할하는 계단실 구조(staircase structure)를 포함하되, 상기 계단실 구조는 제1 계단실 구역, 및 상기 제1 메모리 어레이 구조와 상기 제2 메모리 어레이 구조를 연결하는 브리지 구조를 포함하고, 상기 계단실 구조는 제2 계단실 구역을 더 포함하고, 상기 브리지 구조는 제2 측방향으로 상기 제1 계단실 구역과 상기 제2 계단실 구역 사이에 있고,
상기 제1 계단실 구역은 복수의 계단을 포함하고, 상기 제2 계단실 구역은 복수의 계단을 포함하고, 상기 제1 계단실 구역 및 상기 제2 계단실 구역은 상기 제2 측방향에서 비대칭인
3차원 메모리 디바이스.As a three-dimensional memory device,
a memory array structure,
a staircase structure in the middle of the memory array structure laterally dividing the memory array structure into a first memory array structure and a second memory array structure, the staircase structure comprising a first staircase section, and a bridge structure connecting the first memory array structure and the second memory array structure, the stairwell structure further comprising a second stairwell section, the bridge structure extending between the first stairwell section and the second stairwell section in a second lateral direction; Between the second stairwell areas,
The first stairwell section includes a plurality of stairs, the second stairwell section includes a plurality of stairs, and the first stairwell section and the second stairwell section are asymmetric in the second lateral direction.
3D memory device.
상기 제1 계단실 구역은, 제1 측방향으로 그리고 상이한 깊이로 마주보는 제1 쌍의 계단실을 포함하는
3차원 메모리 디바이스.According to paragraph 1,
The first stairwell zone comprises a first pair of stairwells facing each other in a first side direction and at different depths.
3D memory device.
상기 제2 계단실 구역은, 제1 측방향으로 그리고 상이한 깊이로 마주보는 제2 쌍의 계단실을 포함하는
3차원 메모리 디바이스.According to paragraph 2,
The second stairwell zone comprises a second pair of stairwells facing the first laterally and at different depths.
3D memory device.
상기 제1 쌍의 계단실의 적어도 하나의 계단은 상기 브리지 구조를 통해 상기 제1 메모리 어레이 구조 및 상기 제2 메모리 어레이 구조 중 적어도 하나에 전기적으로 연결된
3차원 메모리 디바이스.According to paragraph 2,
At least one staircase of the first pair of staircases is electrically connected to at least one of the first memory array structure and the second memory array structure through the bridge structure.
3D memory device.
상기 계단실 구조 바로 위에, 아래에, 또는 근접하여 행 디코더를 더 포함하는
3차원 메모리 디바이스.According to paragraph 1,
further comprising a row decoder directly above, below, or proximate to the staircase structure.
3D memory device.
상기 제1 쌍의 계단실 중 각각의 계단실은 상기 제1 측방향에 수직인 상기 제2 측방향으로 복수의 구획(plurality of divisions)을 포함하고,
상기 구획들 중 하나의 계단은 상기 구획들 중 다른 하나 내의 두 계단 사이에 수직으로 있는
3차원 메모리 디바이스.According to paragraph 2,
Each staircase of the first pair of stairwells includes a plurality of divisions in the second lateral direction perpendicular to the first lateral direction,
A staircase in one of the compartments is located vertically between two stairs in the other of the compartments.
3D memory device.
상기 메모리 어레이 구조는 상기 제2 측방향으로 복수의 블록을 포함하고,
상기 제1 계단실 구역은 상기 블록들 중 하나 또는 두 개 내에 있는
3차원 메모리 디바이스.According to any one of claims 1 to 6,
the memory array structure includes a plurality of blocks in the second lateral direction,
The first stairwell zone is located within one or two of the blocks.
3D memory device.
상기 제1 계단실 구역은, 서로 다른 깊이에서 상기 제1 측방향으로 서로 마주하는 제2 쌍의 계단실을 포함하고,
상기 제1 및 제2 쌍의 계단실의 각 계단실은 상이한 깊이에 있는
3차원 메모리 디바이스.According to paragraph 2,
the first stairwell zone comprises a second pair of stairwells facing each other in the first lateral direction at different depths,
Each stairwell of the first and second pair of stairwells is at a different depth.
3D memory device.
상기 제1 및 제2 쌍의 계단실의 각 계단은 서로 다른 깊이에 있는
3차원 메모리 디바이스.According to clause 8,
Each staircase of the first and second pairs of stairwells is at a different depth.
3D memory device.
상기 메모리 어레이 구조 및 상기 브리지 구조에서 측방향으로 연장되는 적어도 하나의 워드 라인을 더 포함하되, 적어도 하나의 계단은 상기 적어도 하나의 워드 라인에 의해 상기 브리지 구조를 통해 상기 제1 및 제2 메모리 어레이 구조 중 적어도 하나에 전기적으로 연결되는
3차원 메모리 디바이스.According to paragraph 1,
It further includes at least one word line extending laterally from the memory array structure and the bridge structure, wherein at least one step is formed by the at least one word line through the bridge structure to the first and second memory arrays. electrically connected to at least one of the structures
3D memory device.
상기 제1 쌍의 계단실의 적어도 하나의 계단은 상기 브리지 구조를 통해 상기 제1 메모리 어레이 구조 및 상기 제2 메모리 어레이 구조 각각에 전기적으로 연결되는
3차원 메모리 디바이스.According to paragraph 2,
At least one staircase of the first pair of staircases is electrically connected to each of the first memory array structure and the second memory array structure through the bridge structure.
3D memory device.
상기 브리지 구조는 수직으로 인터리브된 도전체 층 및 유전체 층을 포함하는
3차원 메모리 디바이스.According to paragraph 1,
The bridge structure includes vertically interleaved conductor layers and dielectric layers.
3D memory device.
메모리 어레이 구조와,
상기 메모리 어레이 구조의 중간에서 상기 메모리 어레이 구조를 제1 메모리 어레이 구조 및 제2 메모리 어레이 구조로 측방향으로 분할하는 계단실 구조를 포함하되, 상기 계단실 구조는 제1 계단실 구역, 및 상기 제1 메모리 어레이 구조와 상기 제2 메모리 어레이 구조를 연결하는 브리지 구조를 포함하고, 상기 계단실 구조는 제2 계단실 구역을 더 포함하고, 상기 브리지 구조는 제2 측방향으로 상기 제1 계단실 구역과 상기 제2 계단실 구역 사이에 있고,
상기 제1 계단실 구역은 복수의 구획을 갖는 제1 쌍의 계단실을 포함하고, 상기 제2 계단실 구역은 복수의 구획을 갖는 제2 쌍의 계단실을 포함하고, 각각의 구획은 상기 제2 측방향에 수직인 제1 측방향으로 복수의 계단을 포함하고,
상기 구획들 중 하나에 있는 계단은 상기 구획들 중 다른 하나에 있는 두 계단 사이에 수직으로 있고, 상기 제1 계단실 구역 및 상기 제2 계단실 구역은 상기 제2 측방향에서 비대칭인,
3차원 메모리 디바이스.As a three-dimensional memory device,
a memory array structure,
and a stairwell structure in the middle of the memory array structure laterally dividing the memory array structure into a first memory array structure and a second memory array structure, wherein the stairwell structure includes a first stairwell section and the first memory array. a bridge structure connecting the structure and the second memory array structure, the stairwell structure further comprising a second stairwell section, the bridge structure comprising the first stairwell section and the second stairwell section in a second lateral direction. in between,
The first stairwell section comprises a first pair of stairwells having a plurality of sections, and the second stairwell section includes a second pair of stairwells having a plurality of sections, each section being located in the second lateral direction. comprising a plurality of steps in a first vertical direction,
a staircase in one of the compartments is perpendicular between two stairs in another of the compartments, and the first stairwell section and the second stairwell section are asymmetric in the second lateral direction,
3D memory device.
상기 제1 계단실 구역은, 상기 제2 측방향으로 복수의 구획을 포함하는 제1 쌍의 계단실을 포함하는
3차원 메모리 디바이스.According to clause 13,
The first stairwell zone comprises a first pair of stairwells comprising a plurality of sections in the second lateral direction.
3D memory device.
상기 제2 계단실 구역은, 상기 제2 측방향으로 복수의 구획을 포함하는 제2 쌍의 계단실을 포함하는
3차원 메모리 디바이스.According to clause 14,
The second stairwell zone comprises a second pair of stairwells comprising a plurality of sections in the second lateral direction.
3D memory device.
상기 제1 쌍의 계단실의 적어도 하나의 계단은 상기 브리지 구조를 통해 상기 제1 메모리 어레이 구조 및 상기 제2 메모리 어레이 구조 중 적어도 하나에 전기적으로 연결된
3차원 메모리 디바이스.According to clause 13,
At least one staircase of the first pair of staircases is electrically connected to at least one of the first memory array structure and the second memory array structure through the bridge structure.
3D memory device.
상기 계단실 구조 바로 위에, 아래에, 또는 근접하여 행 디코더를 더 포함하는
3차원 메모리 디바이스.According to clause 13,
further comprising a row decoder directly above, below, or proximate to the staircase structure.
3D memory device.
상기 제1 쌍의 계단실 및 상기 제2 쌍의 계단실은 상기 제1 측방향으로 서로 마주보고 있으며 상이한 깊이를 갖는
3차원 메모리 디바이스.According to clause 13,
The first pair of stairwells and the second pair of stairwells face each other in the first lateral direction and have different depths.
3D memory device.
상기 제1 및 제2 계단실의 각 계단은 상이한 깊이에 있는
3차원 메모리 디바이스.According to clause 13,
Each staircase of the first and second stairwells is at a different depth.
3D memory device.
상기 제1 및 제2 계단실의 각 계단은 상기 브리지 구조를 통해 상기 제1 및 제2 메모리 어레이 구조 중 적어도 하나에 전기적으로 연결되는
3차원 메모리 디바이스.According to clause 13,
Each staircase of the first and second staircases is electrically connected to at least one of the first and second memory array structures through the bridge structure.
3D memory device.
상기 메모리 어레이 구조는 상기 제2 측방향으로 복수의 블록을 포함하고,
상기 제1 계단실 구역은 상기 블록들 중 하나 또는 두 개 내에 있는
3차원 메모리 디바이스.According to any one of claims 13 to 20,
the memory array structure includes a plurality of blocks in the second lateral direction,
The first stairwell zone is located within one or two of the blocks.
3D memory device.
상기 메모리 어레이 구조 및 상기 브리지 구조에서 측방향으로 연장되는 적어도 하나의 워드 라인을 더 포함하되, 적어도 하나의 계단은 상기 적어도 하나의 워드 라인에 의해 상기 브리지 구조를 통해 상기 제1 및 제2 메모리 어레이 구조 중 적어도 하나에 전기적으로 연결되는
3차원 메모리 디바이스.According to clause 13,
It further includes at least one word line extending laterally from the memory array structure and the bridge structure, wherein at least one step is formed by the at least one word line through the bridge structure to the first and second memory arrays. electrically connected to at least one of the structures
3D memory device.
상기 제1 계단실의 적어도 하나의 계단은 상기 브리지 구조를 통해 상기 제1 메모리 어레이 구조 및 상기 제2 메모리 어레이 구조 각각에 전기적으로 연결되는
3차원 메모리 디바이스.According to clause 13,
At least one staircase of the first staircase is electrically connected to each of the first memory array structure and the second memory array structure through the bridge structure.
3D memory device.
상기 브리지 구조는 수직으로 인터리브된 도전체 층 및 유전체 층을 포함하는
3차원 메모리 디바이스.According to clause 13,
The bridge structure includes vertically interleaved conductor layers and dielectric layers.
3D memory device.
상기 계단실 구조는 상기 메모리 어레이 구조의 중간에 있는
3차원 메모리 디바이스.According to clause 13,
The staircase structure is located in the middle of the memory array structure.
3D memory device.
수직으로 인터리브된 제1 재료 층 및 제2 재료 층을 포함하는 스택 구조의 중간에 제1 계단실 구역 및 제2 계단실 구역을 위한 개구를 포함하는 계단실 구역 마스크를 패터닝하는 단계와,
상기 제1 계단실 구역과 상기 제2 계단실 구역 사이에서 제2 측방향으로 브리지 구조가 형성되도록, 상기 제1 및 제2 계단실 구역 각각에 서로 마주보는 적어도 한 쌍의 계단실을 형성하는 단계- 상기 제1 계단실 구역과 상기 제2 계단실 구역은 상기 제2 측방향에서 비대칭임 -를 포함하는
3차원 메모리 디바이스의 계단실 구조를 형성하는 방법.A method of forming a staircase structure of a three-dimensional (3D) memory device, comprising:
patterning a stairwell zone mask including openings for a first stairwell zone and a second stairwell zone in the middle of a stacked structure comprising vertically interleaved first and second material layers;
forming at least one pair of stairwells facing each other in each of the first and second stairwell zones, such that a bridge structure is formed in a second lateral direction between the first stairwell zone and the second stairwell zone - the first stairwell zone wherein the stairwell section and the second stairwell section are asymmetric in the second lateral direction.
Method for forming a staircase structure of a 3D memory device.
서로 마주보는 적어도 한 쌍의 계단을 형성하는 상기 단계는, 상기 제2 측방향에 수직인 제1 측방향으로 서로 마주보는 적어도 한 쌍의 계단실을 동일한 깊이로 형성하는 단계를 포함하는
3차원 메모리 디바이스의 계단실 구조를 형성하는 방법.According to clause 26,
The step of forming at least one pair of staircases facing each other includes forming at least one pair of staircases facing each other in a first lateral direction perpendicular to the second lateral direction with the same depth.
Method for forming a staircase structure of a 3D memory device.
상기 제1 및 제2 계단실 구역 각각에서 상기 적어도 한 쌍의 계단실의 각 계단실을 상이한 깊이로 초핑(chopping)하는 단계를 더 포함하는
3차원 메모리 디바이스의 계단실 구조를 형성하는 방법.According to clause 27,
further comprising chopping each stairwell of the at least one pair of stairwells to a different depth in each of the first and second stairwell sections.
Method for forming a staircase structure of a 3D memory device.
상기 계단실 구조 바로 위에, 아래에, 또는 근접하여 행 디코더를 더 포함하는
3차원 메모리 디바이스의 계단실 구조를 형성하는 방법.According to clause 26,
further comprising a row decoder directly above, below, or proximate to the staircase structure.
Method for forming a staircase structure of a 3D memory device.
상기 적어도 한 쌍의 계단실을 형성하기 전에, 상기 적어도 한 쌍의 계단실의 각 계단실이 복수의 구획을 포함하도록 상기 복수의 구획을 상기 제2 측방향으로 상이한 깊이로 형성하는 단계를 더 포함하는
3차원 메모리 디바이스의 계단실 구조를 형성하는 방법.According to clause 26,
Before forming the at least one pair of stairwells, forming the plurality of sections at different depths in the second lateral direction such that each stairwell of the at least one pair of stairwells includes a plurality of sections.
Method for forming a staircase structure of a 3D memory device.
상기 복수의 구획을 형성하는 단계는
상기 제1 및 제2 계단실 구역에 개구를 포함하는 구획 마스크를 패터닝하는 단계와,
상기 구획 마스크에 따라 하나 이상의 트림 에칭 사이클에 의해 상기 복수의 구획을 상이한 깊이로 형성하는 단계를 포함하는
3차원 메모리 디바이스의 계단실 구조를 형성하는 방법.According to clause 30,
The step of forming the plurality of compartments is
patterning a partition mask including openings in the first and second stairwell zones;
forming the plurality of sections at different depths by one or more trim etch cycles according to the section mask.
Method for forming a staircase structure of a 3D memory device.
상기 브리지 구조는 상기 계단실 구역 마스크 또는 상기 구획 마스크에 의해 덮이는,
3차원 메모리 디바이스의 계단실 구조를 형성하는 방법.According to clause 31,
wherein the bridge structure is covered by the staircase area mask or the section mask,
Method for forming a staircase structure of a 3D memory device.
상기 적어도 한 쌍의 계단실을 형성하는 단계는
상기 제2 측방향에 수직인 제1 측방향으로 개구를 포함하는 계단실 마스크를 패터닝하는 단계와,
상기 계단실 마스크에 따라 복수의 트림 에칭 사이클에 의해 동일한 깊이로 상기 적어도 한 쌍의 계단실을 형성하는 단계를 포함하는,
3차원 메모리 디바이스의 계단실 구조를 형성하는 방법.According to any one of claims 26 to 32,
The step of forming the at least one pair of staircases is
patterning a staircase mask including openings in a first lateral direction perpendicular to the second lateral direction;
forming the at least one pair of stairwells at the same depth by a plurality of trim etch cycles according to the staircase mask,
Method for forming a staircase structure of a 3D memory device.
각 계단실을 초핑하는 단계는
상기 제1 및 제2 계단실 구역에 제1 개구를 포함하는 제1 초핑 마스크를 패터닝하는 단계와,
상기 제1 개구에 의해 노출된 제1 세트의 상기 계단실을, 상기 제1 초핑 마스크에 따라 복수의 에칭 사이클에 의해 제1 깊이만큼 초핑하는 단계를 포함하는
3차원 메모리 디바이스의 계단실 구조를 형성하는 방법.According to clause 28,
The steps for chopping each staircase are:
patterning a first chopping mask including first openings in the first and second staircase regions;
chopping the first set of staircases exposed by the first openings to a first depth by a plurality of etching cycles according to the first chopping mask.
Method for forming a staircase structure of a 3D memory device.
각 계단실을 초핑하는 단계는
상기 제1 및 제2 계단실 구역에 제2 개구를 포함하는 제2 초핑 마스크를 패터닝하는 단계와,
상기 제2 개구에 의해 노출된 제2 세트의 상기 계단실을, 상기 제2 초핑 마스크에 따라 복수의 에칭 사이클에 의해 제2 깊이만큼 초핑하는 단계를 더 포함하는
3차원 메모리 디바이스의 계단실 구조를 형성하는 방법.According to clause 34,
The steps for chopping each staircase are:
patterning a second chopping mask including second openings in the first and second staircase regions;
chopping the second set of staircases exposed by the second openings to a second depth by a plurality of etching cycles according to the second chopping mask.
Method for forming a staircase structure of a 3D memory device.
상기 제1 재료 층의 각각은 희생 층을 포함하고, 상기 제2 재료 층의 각각은 유전체 층을 포함하는
3차원 메모리 디바이스의 계단실 구조를 형성하는 방법.According to clause 26,
Each of the first material layers includes a sacrificial layer, and each of the second material layers includes a dielectric layer.
Method for forming a staircase structure of a 3D memory device.
상기 제1 재료 층의 각각은 도전체 층을 포함하고, 상기 제2 재료 층의 각각은 유전체 층을 포함하는
3차원 메모리 디바이스의 계단실 구조를 형성하는 방법.According to clause 26,
Each of the first material layers includes a conductive layer, and each of the second material layers includes a dielectric layer.
Method for forming a staircase structure of a 3D memory device.
상기 적어도 한 쌍의 계단실의 각 계단실은 상기 제2 측방향에 수직인 제1 측방향으로 복수의 계단을 포함하고,
각 계단실을 초핑한 후, 각 계단실의 적어도 하나의 계단은 상기 희생 층 중 적어도 하나에 의해 상기 브리지 구조를 통해, 상기 계단실 구역 마스크에 의해 덮인 상기 스택 구조의 나머지에 연결된,
3차원 메모리 디바이스의 계단실 구조를 형성하는 방법.According to clause 36,
Each staircase of the at least one pair of stairwells includes a plurality of stairs in a first lateral direction perpendicular to the second lateral direction,
After chopping each staircase, at least one staircase of each staircase is connected by at least one of the sacrificial layers to the remainder of the stack structure covered by the stairwell area mask through the bridge structure.
Method for forming a staircase structure of a 3D memory device.
상기 적어도 한 쌍의 계단실의 각 계단실은 상기 제2 측방향에 수직인 제1 측방향으로 복수의 계단을 포함하고,
각 계단실을 초핑한 후, 각 계단실의 적어도 하나의 계단은 상기 도전체 층 중 적어도 하나에 의해 상기 브리지 구조를 통해, 상기 계단실 구역 마스크에 의해 덮인 상기 스택 구조의 나머지에 연결된,
3차원 메모리 디바이스의 계단실 구조를 형성하는 방법.According to clause 37,
Each staircase of the at least one pair of stairwells includes a plurality of stairs in a first lateral direction perpendicular to the second lateral direction,
After chopping each staircase, at least one staircase of each staircase is connected by at least one of the conductor layers through the bridge structure to the remainder of the stack structure covered by the staircase area mask.
Method for forming a staircase structure of a 3D memory device.
상기 계단실 구역 마스크는 적어도 각각의 계단을 초핑할때까지 유지되는
3차원 메모리 디바이스의 계단실 구조를 형성하는 방법.According to clause 26,
The staircase area mask is maintained at least until each staircase is chopped.
Method for forming a staircase structure of a 3D memory device.
상기 계단실 구역 마스크는 하드 마스크를 포함하는
3차원 메모리 디바이스의 계단실 구조를 형성하는 방법.According to clause 26,
The stairwell area mask includes a hard mask.
Method for forming a staircase structure of a 3D memory device.
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